代谢组与转录组整合分析揭示Aureobasidium pullulans PA-2抑制藜生长的潜在机制

为解决化学除草剂带来的环境问题，青海大学研究人员通过LC-MS/MS和RNA-Seq技术，揭示了Aureobasidium pullulans PA-2抑制藜(Chenopodium album L.)生长的分子机制。研究发现PA-2通过下调光合作用、嘌呤代谢和类胡萝卜素生物合成相关基因表达，破坏细胞结构并诱导氧化应激，最终导致藜死亡。该研究为开发高效环保的生物除草剂提供了理论依据，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

在农业生产中，藜(Chenopodium album L.)作为全球性恶性杂草，严重威胁作物产量。传统化学除草剂虽能短期控制杂草，但长期使用导致抗药性增强和环境污染。寻找高效环保的替代方案成为当务之急。微生物除草剂因其靶向性强、环境友好等优势备受关注，但关于其作用机制的研究仍较匮乏。青海大学的研究团队针对这一问题，以从杨树叶分离的Aureobasidium pullulans PA-2为研究对象，通过多组学整合分析揭示了其抑制藜生长的分子机制，相关成果发表在《BMC Plant Biology》。

研究采用LC-MS/MS(液相色谱-质谱联用)和RNA-Seq(转录组测序)技术，结合生理生化检测和透射电镜观察。实验设计包括藜幼苗的PA-2接种处理，在不同时间点(1/3/5/7天)采集叶片样本进行多组学分析，同时测定叶绿素含量、抗氧化酶活性等生理指标。

【生理生化变化】
通过测定接种后168小时内8个时间点的生理指标，发现PA-2感染导致藜叶片MDA(丙二醛)含量和CAT(过氧化氢酶)、POD(过氧化物酶)活性显著升高，峰值出现在48小时。叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖含量及PAL(苯丙氨酸解氨酶)活性则持续下降。透射电镜显示，接种72小时后叶绿体结构崩解，淀粉粒异常积累，细胞壁增厚，表明PA-2破坏了细胞超微结构。

【转录组分析】
RNA-Seq获得69,404个unigene，鉴定出35,950个DEGs(差异表达基因)。GO分析显示这些基因显著富集于质体、类囊体等细胞组分，以及氧化还原酶活性等分子功能。KEGG通路分析发现光合作用、卟啉代谢、类胡萝卜素生物合成等途径显著改变。聚类分析将4,486个下调DEGs分为20个模块，其中光合作用相关基因(LFRN、psaA等)和类胡萝卜素合成基因(BHY、MO2)呈现特异性表达模式。

【代谢组特征】
LC-MS/MS鉴定出14,521(ESI+模式)和13,211(ESI-模式)个DAMs(差异积累代谢物)。关键代谢通路分析显示：(1)嘌呤代谢中腺苷、dITP等9种代谢物下调；(2)光合碳固定途径的(S)-苹果酸、景天庚酮糖-1,7-二磷酸等中间产物减少；(3)类胡萝卜素合成的叶黄素、β-隐黄质含量显著降低。

【多组学关联】
通过|r|>0.9的皮尔逊相关性分析，发现19个光合作用相关DEGs与ATP(POS04402)等代谢物强相关，10个类胡萝卜素合成基因与叶黄素(POS00210)等代谢物存在调控关系。例如ATP合成酶基因(atpA/atpB)下调与ATP含量升高呈负相关，β-胡萝卜素羟化酶基因(BHY)表达降低与叶黄素减少直接相关。

研究结论表明，PA-2通过三重机制抑制藜生长：(1)下调LFRN(铁氧还蛋白-NADP⁺还原酶)和MDH(苹果酸脱氢酶)基因，阻断卡尔文循环电子传递；(2)抑制嘌呤代谢关键酶ASE(氨基磷酸核糖转移酶)和NDPK(核苷二磷酸激酶)，干扰能量代谢；(3)降低类胡萝卜素合成基因BHY(β-胡萝卜素羟化酶)表达，破坏光保护系统。这些变化导致活性氧积累，最终激活ABA(脱落酸)信号通路引发细胞死亡。该研究首次系统阐明了PA-2的除草分子网络，为开发靶向植物代谢通路的新型生物除草剂提供了理论框架。