Исследование синтеза и метаболических путей летучих органических соединений в растениях, а также механизмов регуляции их высвобождения и восприятия
В результате деятельности человека и биологического метаболизма образуются различные летучие органические соединения (ЛОС), которые можно разделить на биогенные летучие органические соединения (БЛОС) и антропогенные летучие органические соединения (АЛОС) в зависимости от их источников. Среди них растения являются основным источником биогенных летучих органических соединений (БЛОС) в атмосфере, которые обычно синтезируются в процессе вторичного метаболизма растений. Впервые о способности растений выделять БЛОС было сообщено в 1950-1960-х годах, а в настоящее время установлено, что почти все растения могут выделять БЛОС.

Летучие органические соединения (ЛОС) - важная характеристика растений, которая отличается от физических свойств традиционных растительных терпенов, жирных кислот и метаболитов фенилаланинового/ароматического кольца. Они более широко распространены и поэтому играют различные важные роли в жизни растений, служа основным средством коммуникации между растениями и передавая важную информацию о растениях другим организмам, опосредуя различные синергетические взаимодействия над и под землей. Многочисленные исследования показали, что растительные БЛОК обладают аллелопатическим действием, которые могут выделять аллелопатические вещества в окружающую среду путем улетучивания, тем самым влияя на защитную реакцию, размножение и конкуренцию окружающих растений; в стрессовых условиях растения могут облегчить ущерб, который они испытывают от биотического или абиотического стресса, выделяя БЛОК, такие как изопрен или летучие вещества зеленых листьев; Синтез и высвобождение различных растительных БЛОК из цветков и питательных частей также влияет на размножение растений, обычно выделяя летучие соединения с определенными запахами через лепестки и железы для привлечения конкретных насекомых-опылителей для опыления; растительные БЛОК могут также непосредственно повышать конкурентоспособность растений за счет выбросов и оказывать негативное влияние на приемников, или косвенно регулировать механизмы конкуренции растений путем манипулирования взаимодействием с другими питательными веществами; Кроме того, растения не только выделяют БЛОК для защиты себя, но и обеспечивают раннее предупреждение соседних незатронутых растений, делая их более защищенными от последующего стресса.
БЛОК из растений также играют важную роль в жизни человека. Согласно статистике, ежегодные выбросы БЛОК из растений составляют 90% от глобальных выбросов наземных неметановых летучих органических соединений, которые оказывают значительное влияние на другие организмы, а также на химию и физику атмосферы. Выделяемые растениями БЛОК в присутствии солнечного света и оксидов азота (NOx) повышают уровень O3 и других оксидантов в атмосфере, что приводит к образованию тропосферного озона и способствует образованию вторичных органических аэрозолей; кроме того, многие растительные БЛОК могут также служить природными ресурсами для человека и широко используются в парфюмерии, духах, напитках, ароматизаторах, косметике и других отраслях.
БЛОК, выделяемые растениями, оказывают огромное влияние на растения и даже на жизнь человека. В последние годы исследования различных растительных БЛОК стали актуальной темой. БЛОК производятся в различных органах растений в процессе физиологического метаболизма, высвобождаются и попадают в окружающую среду, а затем повторно воспринимаются растениями, играя роль в отпугивании вредителей, борьбе с сорняками и распространении информации. В данной статье рассматриваются механизмы регуляции в путях синтеза и метаболизма растительных БЛОК, физиологические и физико-химические свойства высвобождающихся клеток, а также восприятие и регуляция БЛОК растениями.

За последние несколько десятилетий был достигнут значительный прогресс в понимании механизмов синтеза и метаболической регуляции, а также регуляции высвобождения и восприятия БЛОК в растениях. Однако в настоящее время из-за сложности биосинтеза терпеноидов и метаболических путей многие гены, кодирующие ферменты, не имеют четкого определения, а некоторые модификации на заключительном этапе синтеза и метаболизма терпеноидов в значительной степени неизвестны. В исследованиях метаболитов летучих жирных кислот и летучих фенилаланинов/ароматических кольцевых метаболитов по-прежнему много пробелов. Необходимы дальнейшие исследования для определения их ключевых ферментов и связанных с ними генов в метаболических путях, а также того, как эти гены регулируются транскрипционными факторами. Кроме того, в связи с тем, что растительные БЛОК высвобождаются из различных клеток растений через множество барьеров (включая цитоплазму, плазматическую мембрану, клеточную стенку, роговой слой и т.д.), многие исследователи выдвинули множество гипотез о том, как БЛОК перемещаются внутри и между клетками растений, а также как они высвобождаются в окружающую среду. Однако до сих пор остается много вопросов и противоречий, которые необходимо разрешить. В то же время наша исследовательская группа в ходе предыдущих исследований обнаружила, что с точки зрения родства растений внешние факторы оказывают большее влияние на высвобождение растительных БВОК, чем их собственные факторы, что ставит вопрос о том, как внешние факторы (например, факторы окружающей среды) влияют на высвобождение растительных БВОК. Кроме того, после высвобождения растительные БВОК воспринимаются растениями и преобразуются в сигналы, вызывая тем самым специфические реакции в растительных клетках. В будущем необходимо выявить более точные механизмы и пути регуляции восприятия.