2026 年 6 月，河南科技学院生命科学学院生物肥药与花生种质创新团队联合河南师范大学、澳大利亚塔斯马尼亚大学、美国东卡罗莱纳大学等国内外科研机构，在国际权威期刊Journal of Pineal Research在线发表题为“Promoter‐Level Regulation of Melatonin Biosynthesis in Plant Stress Responses: A Framework for Climate‐ Resilient Crop Improvement”的综述论文。该研究系统构建了植物褪黑素生物合成的启动子水平调控框架，提出了基于启动子编辑的精准抗逆育种新策略，为培育气候韧性作物、应对气候变化对农业生产的挑战提供了重要理论支撑。
研究内容
全球气候变化背景下，干旱、高温、盐渍、病虫害等多重胁迫叠加发生，已成为制约作物生长与产量稳定的关键因素。褪黑素作为植物中高度保守的调控分子，可通过维持氧化还原稳态、介导激素信号互作、调控胁迫响应基因表达等途径提升植物抗逆性。但传统育种常用的组成型过表达策略，易导致褪黑素过量积累，引发生长抑制、产量下降等“适合度代价”，难以实现抗逆与稳产的平衡。
该综述从启动子转录调控视角切入，系统梳理褪黑素生物合成核心通路的胁迫响应规律，首次提出“分布式节点调控模型”，将四个核心合成基因按功能划分为四类调控单元：（1）TDC 为通路入口控制点，响应干旱、渗透胁迫与 ABA 信号，决定胁迫响应启动阈值；（2）T5H 为通量强化节点，整合高温与盐胁迫信号，支撑长期复合胁迫适应；（3）SNAT 为氧化还原响应交汇点，精准调控局部褪黑素合成幅度；（4）ASMT/COMT 为终末输出控制点，整合多元信号介导急性胁迫防御。
图 1 基于启动子特征、关键区域预测、基因组编辑与性状验证解析褪黑素生物合成胁迫响应调控的假说框架
在此基础上，综述进一步构建了“信号汇聚 - 启动子门控 - 反馈恢复 - 表观记忆 - 分布式控制”的多层级调控网络：环境胁迫信号通过ABA、ROS、Ca2+、MAPK等第二信使枢纽实现汇聚整合；启动子区域的顺式元件组合通过类“AND/OR”逻辑，将输入信号转化为基因特异性的转录响应；转录后调控与代谢负反馈构成“恢复刹车”，保障胁迫解除后通路快速回归基础水平；反复胁迫可通过染色质重塑形成胁迫记忆，调整后续响应的灵敏度与速度；不同节点的时空特异性调控，共同实现褪黑素合成的动态精准平衡。
图 2 植物褪黑素（MT）生物合成的多层级调控工作模型
针对作物育种的实际需求，论文还提出了基于CRISPR/Cas系统的“启动子编辑育种策略”，设计了“关键区域预测 - 精准编辑构建 - 多维度表型验证”的完整技术管线。通过定向编辑内源褪黑素合成基因的启动子区域，强化其胁迫诱导表达特性，既能够提升作物逆境耐受性，又能保留植物内源的调控逻辑，避免非胁迫条件下的生长与产量代价，为气候智能型作物培育提供了更具应用价值的技术路径。
结论与展望
本研究首次从启动子调控层面系统整合了植物褪黑素生物合成的逆境响应机制，构建了完整的理论研究框架，提出的启动子精准编辑策略，突破了传统组成型过表达育种的局限，为破解“抗逆与稳产难以兼顾”的育种难题提供了新思路。研究成果丰富了植物非生物胁迫响应的分子调控理论体系，对培育适应复杂气候环境的作物新品种具有重要指导意义。
未来该领域需重点开展三方面研究：一是实验验证褪黑素合成基因启动子中关键顺式元件的功能与调控逻辑；二是解析多重胁迫下启动子调控的田间效应与农艺价值；三是探索表观遗传胁迫记忆在褪黑素合成通路中的作用机制，推动启动子编辑技术从实验室研究走向大田育种应用。
作者团队
作者简介：河南科技学院生命科学学院在职博士后Hafeez Khan为论文第一作者，河南科技学院生命科学学院张志勇教授、刘全永教授为共同通讯作者，团队教师李丽杰、张代静及澳大利亚塔斯马尼亚大学周美学教授和美国东卡罗莱纳大学张宝红教授共同参与了研究工作。研究得到了国家自然科学基金（31571600、31271648）、河南省自然科学基金项目（252300423574、262300422073）、河南省重点研发与推广专项（252102111072、262102110231、26210211132）、河南省科技研发计划联合基金（252301420129）、河南省国际科技合作项目（252102520073、242102521050）、河南省杰出外籍科学家中心（GZS2024018）等多个项目的资助。
团队主页：https://smkxxy.hist.edu.cn/info/1030/3974.htm
文章引用：Khan., M.H.U., Muhammad, A. Li, L., Zhang, D., Zhou, M., Zhang, B., Zhang, Z., Liu, Q. Promoter‐Level Regulation of Melatonin Biosynthesis in Plant Stress Responses: A Framework for Climate-Resilient Crop Improvement. Journal of Pineal Research, 78:e70158.
（图文/李丽杰 初审/李林波 复审/张志勇 终审/张守涛）
