广藿香[Pogostemon cablin (Blanco) Benth.]是一种独特的药用和芳香植物，在世界范围内广泛种植，需求量与日俱增。然而，广藿香栽培存在着明显的连作障碍问题。连作障碍会导致广藿香根系生长不良、地上部生长受抑，致使产量和品质下降，极大抑制广藿香产业的发展。因此，有必要明确连作栽培对广藿香植株的伤害机理，并制定有效的防治措施以缓解广藿香连作障碍难题。据此，该团队通过多年的连作栽培研究，分析了广藿香不同栽培模式对广藿香生长以及广藿香根叶基因表达、miRNA表达和代谢物积累的影响。

研究结果表明，连作对广藿香生长的伤害是全方面的。根系受到连作引起的根际环境胁迫伤害后，经由根系中Ca²⁺信号、MAPK信号感知和传递，启动了广藿香根系抗逆响应进程和特异miRNA的表达，改变了正常基因的表达程序，诱导乙烯合成、细胞死亡和生理周期紊乱，引发了广藿香根系的核心代谢途径调整和响应，使得植株正常生长相关的基因表达发生改变，抑制了根系生长和养分吸收、传导，进而使得整个植株受到胁迫。叶片中细胞感应到相关胁迫后，启动了叶片中的细胞防御系统和特异miRNA的表达，改变了正常生长相关基因的表达，扰乱了植物正常的昼夜节律和光合作用，使得叶片能量代谢和正常生长受阻，代谢功能紊乱（激发了苯丙烷代谢途径），致使叶片中相关代谢产物合成和积累发生改变，从而引发连作广藿香植株整体生长受抑，导致广藿香连作障碍发生。

图1：广藿香响应连作障碍的miRNA和基因调控模式

图2：连作胁迫激发了苯丙烷代谢途径

该团队还通过外源施加化感物质对羟基苯甲酸（p-HBA），分析了主要自毒物质p-HBA对广藿香的化感效应。结果表明，受p-HBA胁迫后，广藿香植株抗氧化酶保护系统受损，导致自由基增多，产生氧化应激；同时，胁迫减弱了抗氧化酶相关基因的表达，增加了DNA损伤和基因组不稳定性；影响了苯丙烷代谢途径，导致下游途径受到抑制，木质素和类黄酮合成能力下降，抗逆性减弱，根系生长受到抑制。

图3：广藿香根系响应p-HBA胁迫的新机制

该研究得到了国家自然科学基金项目（31360210，81860681，82260737）的资助。相关研究结果在国际权威学术期刊Industrial Crops & Products（中科院1区Top期刊）等上发表，已毕业的博士研究生严武平为论文的第一作者，吴友根教授为论文通讯作者，团队的其他老师和研究生参与了部分试验或指导工作。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.116862

https://doi.org/10.3389/fpls.2022.853110

https://doi.org/10.3389/fpls.2022.980745