Nature Commun | 植物激素茉莉酸分解代谢新通路，解析植物胁迫响应的精准调控机制

茉莉酸（jasmonic acid, JA）及其活性结合物茉莉酸-异亮氨酸（JA-Ile）是植物应对虫害、病原菌侵染等生物胁迫的核心防御激素。植物通过精准调控茉莉酸的合成与分解代谢，在激活防御反应的同时避免过度免疫造成的生长损耗，实现生长与防御的最优平衡。羟基化修饰是茉莉酸信号衰减的核心途径之一，但其具体的分子通路组成与胁迫特异性调控模式长期存在认知偏差。

近日，来自法国的研究团队在Nature Communications发表了题为The 11-hydroxy-jasmonic acid pathway expands jasmonate catabolic repertoire for stress-specific hormone attenuation in Arabidopsis的研究成果。该研究纠正了领域内持续多年的结构误判，证实 JAO 家族氧化酶专一性催化生成 11 - 羟基茉莉酸（11-OH-JA）而非此前公认的 12 - 羟基茉莉酸（12-OH-JA），定义了茉莉酸分解代谢的全新分支，并系统揭示了机械损伤与真菌侵染下截然不同的激素代谢特征，为理解植物胁迫响应的激素精准调控提供了全新框架。

高分辨分离技术澄清异构体认知误区

长期以来，12-OH-JA（又称块茎酸）被认为是茉莉酸羟基化的主要形式，其来源被归结为两条通路：一是 JA-Ile 经 CYP94 家族细胞色素氧化酶氧化、再经酰胺水解酶（AH）切割产生；二是 JA 直接被 JAO/JOX 家族氧化酶羟基化生成，尽管早期研究曾检测到 11-OH-JA 的存在，但受限于色谱分离能力不足、纯品标准品匮乏，其合成来源与生物学功能一直未得到系统解析。研究团队首先开发了高分辨 UHPLC-MS/MS 分析方法，结合化学合成的 11-OH-JA 立体异构体标准品，并通过 NaOH 处理诱导顺 - 反差向异构化，将植物样品中不稳定的顺式异构体转化为稳定的反式异构体，首次实现了植物提取物中 11-OH-JA 与 12-OH-JA 的完全分离与准确定量，利用这一技术，研究团队对重组 JAO 酶的催化产物进行了系统分析，并通过核磁共振（NMR）进行结构确证，结果推翻了经典结论：拟南芥 AtJAO2/3/4 以及水稻 OsJAO2/3 均只催化 JA 的 C11 位羟基化，专一性生成 11-OH-JA，完全不产生 12-OH-JA，这一发现重新定义了 JA 直接羟基化通路的化学本质，也为后续解析两条通路的生理功能奠定了基础。

不同胁迫激活特异性羟基化代谢谱

既然 JAO 负责生成 11-OH-JA，CYP94-AH 通路负责生成 12-OH-JA，研究团队选取机械损伤（模拟植食性昆虫取食）和灰葡萄孢（Botrytis cinerea，死体营养型真菌）侵染两种典型的生物胁迫，结合多条通路缺失突变体进行系统解析，发现两条通路在植物胁迫响应中各司其职：机械损伤响应下两条羟基化通路均被激活，损伤早期（0-2 小时）以 CYP94-AH 通路为主，12-OH-JA 快速积累，损伤后期 JAO 通路逐渐增强，11-OH-JA 水平持续上升，最终代谢产物中 12-OH-JA 的糖基化（12-Glc-O-JA）和磺基化（12-HSO₄-JA）衍生物占绝对主导；而灰霉菌侵染响应下的代谢谱呈现完全不同的特征，叶片中仅特异性积累 11-OH-JA 及其糖基化衍生物，几乎检测不到 12-OH-JA，JAO 通路占据绝对主导地位，进一步的突变体验证也证实，CYP94 或 AH 基因突变几乎完全消除损伤诱导的 12-OH-JA 积累，而 JAO 基因突变则完全阻断 11-OH-JA 的生成，两条通路相互独立、各司其职，共同构成了茉莉酸的羟基化代谢网络。

糖基化与磺基化共筑代谢稳态网络

羟基化茉莉酸并非代谢终点，还可通过糖基转移酶 UGT76E1 和磺基转移酶 ST2a 进一步修饰，形成糖苷或硫酸酯衍生物，实现激素的储存或彻底失活，研究发现两种修饰酶对羟基化位点具有极强的底物偏好性，其中 UGT76E1 对 12-OH-JA 的糖基化效率是 11-OH-JA 的约 7 倍，ST2a 对 12-OH-JA 的磺基化活性更是比 11-OH-JA 高出近 100 倍，这种底物偏好性与不同胁迫下的代谢谱高度吻合，即损伤条件下 12 位修饰产物大量积累，而真菌侵染下以 11 位糖基化产物为主，更有趣的是糖基化与磺基化通路存在显著的底物竞争关系，在 ST2a 功能缺失的st2a突变体中，磺基化产物完全消失，同时多种糖基化产物的含量大幅上升，这说明两条修饰通路共享羟基化茉莉酸底物池，通过相互竞争调节代谢流向，共同维持激素稳态。

11-OH-JA 是纯粹的代谢汇，无独立信号活性

为了明确 11-OH-JA 和 12-OH-JA 本身是作为新的信号分子发挥功能，还是仅仅是激素失活的中间产物，研究团队在jar1突变体（JA 与氨基酸结合能力缺陷）背景下，分别用 11-OH-JA、12-OH-JA 和 JA-Ile 处理幼苗并进行转录组测序，以排除羟基 JA 转化为活性形式 JA-Ile 的干扰，结果清晰表明，11-OH-JA 几乎不诱导基因表达变化，处理后样本与对照组转录组高度重合，不具备独立的转录调控活性；而 12-OH-JA 诱导的差异表达基因与 JA-Ile 高度重叠（重叠度达 85%-87%），但诱导幅度显著更低，其效应本质上是由少量转化生成的 12-OH-JA-Ile 介导的，这一结果明确了 11-OH-JA 通路的核心功能 —— 作为代谢汇（metabolic sink），通过直接消耗 JA 底物，减少活性激素 JA-Ile 的生成，从而在合成上游实现茉莉酸信号的衰减，而非作为独立信号分子发挥作用。

综上所述，该研究凭借分析方法的创新与全面的遗传验证，修正了茉莉酸代谢领域的经典认知，鉴定了11-OH-JA这一全新的分解代谢支路，构建了 “胁迫类型-代谢通路-激素稳态”的精准调控模型。两条羟基化衰减通路在茉莉酸信号轴的不同层级发挥作用：CYP94-AH 通路作用于JA-Ile下游，实现活性激素的快速灭活；JAO 通路作用于JA上游，通过代谢分流从源头限制活性激素生成。这种 “上下游双重保险” 的衰减机制，让植物能够根据不同胁迫类型灵活调整代谢策略，精准控制防御响应的强度与时程，在抗逆与生长之间取得最佳平衡。这一发现不仅拓展了植物激素代谢调控的复杂性，也为作物抗逆遗传改良提供了新的分子靶点——通过定向调控 JAO 或 CYP94 通路，可以实现茉莉酸信号的精准微调，在不影响产量的前提下提升作物对虫害或病原菌的抗性。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-77608-8