《BMC Plant Biology》：Assessment of the effect of paclobutrazol treatment on the activity of genes related to flavonoid synthesis in Brassica napus under salt stress conditions
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样品在吡咯嗪(pyrrolizine)处理的影响下。盐度通过导致过量的盐分积累和破坏土壤结构，对油籽生产产生不利影响。在油菜中，盐度特别阻碍发芽和地上部器官的生长，同时也减少黄酮和花青素的产量。最近的研究表明，多效唑(Paclobutrazol)处理可以增强环
样品在吡咯嗪(pyrrolizine)处理的影响下。盐度通过导致过量的盐分积累和破坏土壤结构，对油籽生产产生不利影响。在油菜中，盐度特别阻碍发芽和地上部器官的生长，同时也减少黄酮和花青素的产量。最近的研究表明，多效唑(Paclobutrazol)处理可以增强环境胁迫下的细胞活动。因此，研究人员调查了多效唑对黄酮合成分子机制的影响，黄酮是最重要的天然多酚化合物之一。在本研究中，施加盐胁迫后，样品在多效唑处理的影响下。黄酮合成相关基因（MYB111和MYB12）表达评估的结果表明，多效唑处理对这些基因表达的增加具有显著影响。研究人员的发现还表明，多效唑处理除了减少盐度的负面影响外，还显著增加了花青素的产量和植物地上部器官的生长。丙二醛(MDA)衡量胁迫引起的膜损伤。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)是保护植物细胞免受氧化伤害的关键抗氧化酶。本研究生物信息学分析也显示，MYB111和MYB12基因具有负疏水性，同时与基因和转录因子网络相互作用。这些发现表明，这些基因除了产生对盐胁迫的抗性外，在减少干旱胁迫的影响方面也是有效的。本研究的结果表明，将多效唑应用于油籽有效地防止了盐胁迫的损害，并减少了植物结构中钠离子(Na?)的积累。
论文解读：盐胁迫下多效唑对甘蓝型油菜黄酮合成相关基因的影响及机制研究
本研究论文发表于《BMC Plant Biology》。盐胁迫是全球农业生产面临的重大挑战，威胁粮食安全，它不仅破坏植物内部的生理生化机制，还干扰植物生长发育所需的各种过程。当根区溶质增加时，水分吸收受到干扰。电导率4 dS/m是区分盐土和非盐土的界限。盐土含有氯化物、硫酸盐、碳酸氢钠、镁和钙等可溶性盐。在盐土中，除了可溶性盐积累引起的渗透压增加外，钠离子、氯离子和硼等离子的毒性也令人担忧。这些地区的蒸发、蒸腾和降雨之间的不平衡导致土壤中可溶性盐的积累。在水分胁迫期之后，这些盐的浓度成为植物生长的主要限制因素。盐度扰乱了多个过程：它阻碍养分从土壤向植物的转移，妨碍元素从固态释放到土壤溶液中，影响养分向根部的移动，并干扰植物在各种器官中吸收和利用这些元素的能力。盐土还需要植物消耗更多能量来吸收水分和调节生化活动，这最终损害植物生长。如今，基因工程等新兴技术以及标记和探针的使用，对盐胁迫条件下植物生长的分子改造和动态跟踪产生了重大影响。这些发展代表了理解盐胁迫相关过程及其控制的重要一步。
多效唑(Paclobutrazol)作为一种植物生长调节剂，在植物生殖生长中起重要作用。该物质通过抑制赤霉素(GA)的生物合成途径来限制这种激素的产生，因此被称为营养生长抑制剂。此外，多效唑在减少植物环境胁迫方面有显著影响，研究表明，使用这种物质可以增加桃、葡萄、梨等物种对各种环境胁迫的抗性。多效唑增强抗氧化活性，特别是超氧化物歧化酶(SOD)的活性。此外，多效唑通过减少组织中氯离子和钠离子(Na?)的吸收和积累，帮助植物应对盐胁迫。总体而言，多效唑的应用在盐胁迫条件下最大限度地减少膜损伤，增加细胞含水量，改善光合速率，并提高叶绿素和类胡萝卜素等基本色素的浓度。
在冬油菜（甘蓝型油菜，Brassica napus L.）中，耐盐性是通过各种分子机制实现的。这些机制包括脯氨酸和甘氨酸甜菜碱等渗透调节物质的积累，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶系统的激活，以及离子转运相关基因（如NHX和SOS1）的上调。在这些机制中，黄酮类化合物，特别是花青素，作为次级代谢产物在应激适应中起关键作用。它们强大的抗氧化活性有助于中和盐胁迫下产生的活性氧(ROS)，从而防止细胞大分子的氧化损伤。研究表明，盐度条件导致甘蓝型油菜叶片和茎中花青素积累水平增加，这通过增强过氧化氢的降解和保护细胞膜直接与植物耐受性改善相关。因此，花青素不仅是色素，还是甘蓝型油菜盐胁迫响应复杂网络中的信号和保护分子。黄酮类化合物是重要的植物次级代谢产物，通过其抗氧化、抗炎和抗癌特性对心血管健康和细胞免疫有显著贡献。这些化合物的合成通常分两个主要步骤进行，其合成过程受许多基因和酶因子的影响。该途径的初始步骤始于通过莽草酸代谢途径产生苯丙氨酸等前体。在随后的步骤中，黄酮合成通过查尔酮合成酶(CHS)等特定酶的活性进行。MYB111和MYB12基因是黄酮合成相关基因之一，它们通过结合到查尔酮合成酶(CHS)和黄酮醇合成酶1(FLS1)等关键酶的启动子区域，参与黄酮生物合成。这些基因在盐胁迫条件下被激活，在应对此类胁迫中发挥作用。鉴于这些基因在黄酮合成中的重要作用及其在减少盐胁迫影响方面的功能，研究人员在即将进行的研究中考虑了对这些基因的详细检查。最后，本研究的目的是评估盐胁迫条件下多效唑处理对甘蓝型油菜中MYB111和MYB12基因表达的影响。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：使用甘蓝型油菜SLM046栽培种作为实验材料，种子经消毒后在无菌控制的生长室条件下培养至2-3片真叶期；设置完全随机设计，对照组不施加多效唑，处理组分别施加10 PPM、20 PPM和40 PPM浓度的多效唑，并在最终灌溉时使用150 mM NaCl溶液进行盐胁迫处理；通过分光光度法测量叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，测定丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和相对电解质渗漏(EL)等生理指标；利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析MYB111和MYB12基因的表达水平，以内参基因延伸因子1（Elongation Factor 1）进行标准化；借助Expasy、Swiss Model、String、MEGA5、Circoletto和ProtScale等生物信息学数据库和软件，对MYB111和MYB12基因及编码蛋白进行分子鉴定、三维结构模拟、蛋白互作网络分析、系统发育树构建、BLAST比对、二级结构预测及疏水性（Hydropathicity）分析。
研究结果如下：
分析 of physiological indices（生理指标分析）：研究人员测量了对照组和处理组（40 PPM多效唑）甘蓝型油菜叶片中的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素水平。结果显示，处理过的植物比对照植物含有更高水平的叶绿素和类胡萝卜素。这种显著差异证实多效唑处理对植物的生理指标有积极的增强作用。此外，研究人员发现与对照相比，盐胁迫条件下叶绿素和类胡萝卜素水平下降。同时，生理分析显示，与对照相比，盐胁迫下丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和电解质渗漏(EL)显著增加。这些分析是在茎形成、开花和灌浆阶段进行的。
Determination of MDA content（MDA含量的测定）：盐度胁迫下活性氧(ROS)的产生诱导细胞膜脂质过氧化，导致短链烃、酮和丙二醛(MDA)等中间化合物的形成，其中MDA最为显著。这些中间体可以与硫代巴比妥酸(TBA)反应产生显色化合物，统称为硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)，用作膜脂质过氧化程度的估计。膜脂质过氧化是胁迫条件下氧自由基对植物最有害的影响，最终导致细胞死亡。量化膜脂质过氧化程度本身可作为细胞损伤的可靠指标。膜脂质过氧化程度反映了施加给植物的胁迫严重程度，丙二醛浓度可用作评估膜稳定性和膜损伤大小的生化指标。
Determination of SOD content（SOD含量的测定）：超氧化物歧化酶(SOD)是最强大的细胞内抗氧化剂之一，通常被认为是最强的已知抗氧化剂。它保护许多植物免受氧自由基引起的氧化损伤，并增强它们对各种环境胁迫的恢复力。研究人员已在植物中确定了该酶的多种同工酶形式，根据其金属辅因子分为三类：Mn-SOD位于线粒体和过氧化物酶体中，Cu/Zn-SOD位于叶绿体和细胞质中，Fe-SOD存在于叶绿体中。SOD通过涉及质子化的协同反应催化两个超氧分子歧化成两个过氧化氢分子。然后这种过氧化氢被其他抗氧化系统清除。此外，通过保持超氧化物浓度低，SOD有助于最小化羟基自由基的形成。该研究表明，甘蓝型油菜中的盐胁迫显著增加了超氧化物歧化酶活性，突出了该酶在解毒氧自由基中的关键作用。
Determination of POD content（POD含量的测定）：另一个关键的抗氧化剂是过氧化物酶(POD)，它以不同的同工酶形式存在，负责从生物系统中清除过氧化氢。由于其氧化愈创木酚的能力，它也被称为愈创木酚过氧化物酶(GPOX)。过氧化物酶因其与其他抗氧化剂不同的生理作用而被公认。
Relative electrolyte leakage (EL)（相对电解质渗漏(EL)）：根据该指数测量的Sairam方法，将0.1 g叶片放入10 ml双蒸水中。之后，样品在40°C水浴中放置30分钟，借助电导率(EC)仪读取其电导率(C1)。然后，样品在100°C水浴中放置15分钟，第二次读取其电导率(C2)。所需指数根据关系EL=C1/C2计算。
Analysis of MYB111 and MYB12 gene expression profiles（MYB111和MYB12基因表达谱分析）：在这项研究中，使用了对盐度相对耐受的甘蓝型油菜栽培种SLM046。研究人员试图研究多效唑处理对盐胁迫下MYB111和MYB12基因表达谱变化的影响。为此，从胁迫和对照（无多效唑处理）样品中进行RNA提取和cDNA合成，然后将样品置于实时荧光定量PCR仪中，以检查盐胁迫下基因的实际表达。结果显示，与对照（无多效唑处理）状态相比，多效唑处理增加了MYB111和MYB12基因的表达。还发现随着处理浓度的增加，这些基因的表达水平也增加。表达谱的比较表明，在多效唑影响下MYB12基因表达处于比MYB111更高的水平。
Network analysis and determination of the three-dimensional structure and stability of MYB111 and MYB12 proteins（MYB111和MYB12蛋白的网络分析及三维结构和稳定性测定）：使用STRING数据库对MYB111和MYB12基因进行网络分析表明，这些基因与广泛的基因和转录因子网络相互作用。这种通信网络通常导致抗氧化剂的产生和植物对盐和干旱等胁迫抵抗力的增加。使用Swiss Model数据库检查了MYB111和MYB12蛋白的三维结构和稳定性。甘蓝型油菜中MYB111蛋白的三维结构分析结果显示，该结构与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中相似蛋白的相似性为81.63%。此外，甘蓝型油菜中MYB12蛋白的三维结构也显示出与拟南芥中MYB12蛋白79.11%的相似性。此外，针对φ和ψ角度计算了MYB111和MYB12蛋白的拉氏图(Ramachandran plot)。该分析显示，这些蛋白的稳定性和能级分别为85.04%和73.45%。基于这些值，可以得出结论，两种蛋白都处于可接受的稳定性水平，但MYB111蛋白比MYB12蛋白更稳定。
BLAST analysis and phylogenetic tree study of MYB111 and MYB12 proteins（MYB111和MYB12蛋白的BLAST分析和系统发育树研究）：BLAST分析（核苷酸和蛋白水平）广泛用于识别不同物种间的序列和比较。此类研究可导致发现各种生物中以前未知的基因和蛋白质。在这项研究中，使用Circoletto数据库比较蛋白质序列。首先，从NCBI数据库中提取与甘蓝型油菜中MYB111蛋白序列相似性超过50%的甘蓝型油菜(Brassica carinata)和芝麻菜(Eruca vesicaria)物种的蛋白序列。然后，使用Circoletto数据库对蛋白质序列进行BLAST分析。BLAST分析结果显示，总共形成了24条蛋白带。这些条带显示最小相似性为53.85%，最大相似性为88.05%。同样，对于MYB12蛋白序列，从拟南芥(Arabidopsis thaliana)和甘蓝型油菜(Brassica carinata)物种中提取与甘蓝型油菜相似性超过50%的蛋白质，最终导致形成24条带，最小相似性为32.91%，最大相似性为77.08%。系统发育树分析是生物信息学中的宝贵工具，可根据序列的相似性对其进行分类，使研究人员能够更有效地分析它们。
Secondary structure and hydropathicity analysis of the MYB111 and MYB12 proteins（MYB111和MYB12蛋白的二级结构和疏水性分析）：蛋白质二级结构分析提供了关于特定区域肽的空间排列和折叠的有价值见解。在这项研究中，研究人员使用PROTEUS2数据库确定了MYB111和MYB12蛋白的二级结构。此外，疏水性分析显示，MYB111和MYB12蛋白都表现出负平均疏水性，将其归类为亲水性蛋白。
讨论部分总结：近年来，研究人员进行了广泛的研究以了解对非生物胁迫（特别是盐胁迫）的抗性机制。清楚地了解这些机制可以增强植物对盐渍条件的恢复力。此外，使用化合物和调节因子可以有效减轻盐度的有害影响。虽然生物学和基因工程研究表明，盐胁迫敏感性发生在某些基因的上游，而黄酮的产生发生在下游，但这些因素之间的复杂相互作用仍不清楚。因此，本研究旨在通过使用多效唑处理（一种重要的生长调节剂）来研究抗氧化剂的变化和这一过程中涉及的基因。研究人员的发现表明，多效唑处理与盐和干旱胁迫相关的转录因子相互作用，导致细胞内激素水平发生变化。本研究结果表明，多效唑显著增加了甘蓝型油菜的矿物质含量。此外，基因表达分析显示，40 ppm浓度的多效唑增强了与黄酮产生相关的基因的表达。这些发现表明，多效唑作为黄酮产生的刺激物，从而增加甘蓝型油菜中的次级代谢产物。这与Zhang等人（2025年）的发现一致，他们也报告说多效唑刺激抗氧化剂的生物合成，并增加黄酮、花青素和萜类化合物的水平。
虽然多效唑(PBZ)可有效控制果树的营养生长，但它带有显著的农艺风险。长期使用或剂量不当的这种赤霉素生物合成抑制剂会导致过度矮化、叶面积减少和光合能力降低。此外，由于赤霉素在某些物种诱导开花中起关键作用，不适当的PBZ应用可能会延迟向生殖阶段的过渡，破坏花芽形成，并导致作物成熟度不均匀。其他风险包括植物激素平衡的紊乱和土壤中持久残留物的积累，这会对后续作物周期产生负面影响。为了优化PBZ的使用并减轻副作用，必须根据植物种类、树龄和环境条件等因素确定正确剂量。一个关键策略是将应用瞄准特定的生长阶段（例如在生长季早期管理营养生长），同时避免在敏感时期（如临近开花时）使用。应用方法（土壤或叶面）的选择也应与所需的效果持续时间和可控性相一致。总体而言，将PBZ与其他生长管理实践（如修剪和定期土壤监测以防止残留物积累）相结合，对于平衡和可持续的管理计划至关重要。
多效唑通过调节细胞内激素平衡，激活进化上保守的转录因子MYB111/12的表达。这些转录因子反过来通过结合关键组成基因（如CHS、F3H、FLS）的启动子来增加黄酮生物合成。这种综合解释为PBZ处理的生物信息学分析和生理后果之间提供了强有力的桥梁。为了完善这一图景，未来的研究可以侧重于直接在PBZ处理条件下验证MYB111/12蛋白与目标基因启动子的结合，以及直接测量激素水平。
研究表明，PBZ作为一种强效抗氧化剂和代谢调节剂，利用几种机制来应对盐度。其中，该化合物通过增加超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶的活性来降低破坏性活性氧(ROS)的水平，防止膜和大分子的氧化损伤。PBZ还增加相容渗透调节物质如脯氨酸和甘氨酸甜菜碱的积累，这有助于维持细胞渗透势和蛋白质结构的完整性。另一方面，报道表明PBZ可能选择性抑制钠离子(Na?)的吸收，进而促进钾离子(K?)的吸收，从而改善植物组织中重要的K?/Na?比。这些生理和生化变化最终体现在盐胁迫下用PBZ处理的植物（特别是在最佳浓度如100 mM下）与胁迫对照植物相比，株高、叶面积、叶绿素含量和干重等生长指标的显著改善上。这些发现有力地支持了上述提议，即PBZ在盐胁迫的负面影响上起缓解作用。
生物信息学分析，特别是对MYB111和MYB12基因的评估，揭示了与活性氧(ROS)相关的转录因子和调节元件的显著相互作用。这些发现表明，这些基因表达的增加增强了ROS清除剂的活性。结果，植物中黄酮产量增加不仅提高了抗氧化活性，还减少了ROS的破坏作用。在一项相关研究中，Li等人（2019年）证明拟南芥中MYB111的上调降低了ROS水平并改善了植物对盐度的耐受性。他们的发现进一步证实了MYB111在增强植物耐受盐胁迫能力中的关键作用。本研究的生物信息学分析也显示，黄酮合成基因具有负疏水性。这意味着这些基因与增加干旱胁迫抗性的转录因子相关。因此，可以说MYB111和MYB12基因除了提供对盐度的抗性外，还增加了干旱胁迫抗性。正如Qi等人（2025年）的发现所示，黄芪(Astragalus membranaceus)植物通过增加黄酮产量变得对盐度和干旱胁迫更具抵抗力。
研究了船柄木(Schima superba)科中通过MYB转录因子积累黄酮和减少活性氧(ROS)的产生，其结果表明该科的干旱胁迫抗性增加。本研究的结果，特别是蛋白质blast和系统发育分析，表明MYB111和MYB12基因与原生质体和细胞核中的R2R3-MYB转录激活因子相连。这些激活因子促进与脱落酸(ABA)相关的基因，增强植物对非生物胁迫的抗性。因此，可以得出结论，黄酮合成对于提高植物对此类胁迫的恢复力至关重要。
由于先前的研究已充分证明了MYB111和MYB12基因在改善盐胁迫中的作用。在本研究中，当使用多效唑处理时，这些基因的表达显著增加。因此，通过结合本研究和先前研究的发现，得出结论：多效唑处理对增加耐盐性具有积极影响。
结论翻译：盐度作为导致盐分过量积累和土壤结构破坏的因素，对油籽生产具有显著的负面影响。在油菜中，这种环境胁迫直接破坏发芽过程和地上部生长，也减少黄酮和花青素的产量。本研究表明，使用多效唑处理可以改善环境胁迫下的细胞活动。此外，在多效唑的影响下，黄酮合成相关基因的生产表达也显著增加。这些机制可以显著减少盐胁迫的负面影响。总体而言，本研究结果表明，在油籽中使用多效唑可以减少植物结构中钠离子(Na?)的积累。
