植物进化出了极其复杂的代谢网络。多年来，科学家们一直专注于植物如何产生次生代谢物，即植物产生的用于增强其防御和生存机制的化合物。

植物代谢被证明比以前理解的更复杂

“直到最近我们才开始认识到基因参与制造那些专门的、次要的基因代谢物正在受到监管，”普渡大学园艺和景观建筑景观建筑李英说。 “当植物需要产生次生代谢产物时，它们就会被激活。当植物不再需要制造它们时，它们就会被关闭。”

普渡大学生物化学、园艺和景观建筑学杰出教授纳塔莉亚·杜达雷娃 (Natalia Dudareva) 表示：“此外，次生代谢物在积累到高水平时通常对细胞有毒，正如我们在操纵屏障的阻力时所看到的那样，挥发性次生代谢物必须通过才能释放到大气中。然而，细胞感知到这些有毒化合物的积累，并下调负责这些挥发物前体形成的基因。”

在期刊特刊植物科学趋势中，Li 和 Dudavera 强调了专门代谢物在调节植物用于形成化合物的基因中的重要性。杜达雷娃 (Dudareva) 担任指导，李是普渡大学植物生物学中心的成员，该中心旨在让人们更清楚地了解影响植物生物学的过程 .

“我们看到了最初的暗示，即次级代谢物本身可以作为信号说，‘好吧，现在我们需要打开和关闭这些基因，’”李说。 “我们几乎不知道植物如何感知代谢物，然后导致基因开启和关闭。”

理清次生代谢的复杂性提出了挑战，因为该过程对于每种不同的植物谱系都具有高度特异性。有时，对于给定的植物类型，只有特定的细胞在特定的时间产生次级代谢产物。这些植物通常产生少量的代谢物，因此难以检测。

研究人员还需要分析代谢物如何与蛋白质相互作用。 “这让你可以说出哪种蛋白质可以感知并与这些代谢物结合，”李说。基因调控也参与其中。 “你必须能够检测基因表达。这是通过下一代测序工具包实现的。”

尽管特定植物会产生自己独特的代谢物，但“过去 20 年的下一代基因测序使我们能够观察任何植物的基因组活性”，他说。她说。

与许多植物科学家一样，李的大部分研究重点是初级代谢，特别是植物生长所依赖的氮代谢。二次代谢的专业化程度令她惊讶。她说，尽管初级代谢和次级代谢之间存在差异，但它们似乎在分子水平上遵循相似的规则。

“次级代谢产物对于植物适应应激环境非常重要。例如，在干旱或病原体攻击期间，次生代谢物有助于抵抗这些压力，”李说。次生代谢对于授粉成功也很重要。花朵吸引昆虫，但气候变化引发人们对传粉媒介与植物关系能否继续发挥作用的担忧。

“出于这些原因，人们总是梦想能够进行代谢工程，使植物产生更多专门的代谢物有利于植物生存、更好地抵抗胁迫条件、制造药物或更好地吸引传粉者，”她说。

研究人员需要更好地了解产生过多代谢物如何扰乱基因调控。但如果这个过程可以在正确的地方被破坏，“那么我们就可以安全地产生大量代谢物，因为它不会触发反馈调节，”他说。李说。