硒诱导烟草抗黑胫病的多组学机制解析：抗感品种应答差异与精准施硒策略

本研究通过整合生理学、转录组学和代谢组学分析，揭示了硒（Se）调控烟草抗感品种对寄生疫霉（Phytophthora nicotianae）防御机制的基因型依赖性差异。研究发现叶面喷施8 mg/L硒可显著降低黑胫病发病率，增强抗氧化酶（SOD/CAT/POD）活性，提升膜稳定性并促进防御化合物积累。多组学数据表明，抗病品种K326通过协同上调苯丙烷生物合成途径（促进木质素前体和酚酸积累）和维持嘌呤代谢（保障能量供应）实现高效防御，而感病品种中烟100则存在代谢转化瓶颈。该研究为土壤传播病害的精准硒防治提供了理论依据和品种特异性应用策略。

　　

引言

烟草黑胫病是由寄生疫霉（Phytophthora nicotianae）引起的毁灭性土传病害，在高湿高温环境下易暴发流行，严重制约烟草农业生产。当前防治手段包括栽培措施、抗病品种选育及化学/生物防治，但均存在局限性。硒（Se）作为有益微量元素，在增强植物抗逆性方面表现突出，但其对不同抗性水平烟草品种的差异化调控机制尚未明确。

材料与方法

研究通过两阶段实验设计：第一阶段筛选出抗病品种K326和感病品种中烟100；第二阶段采用0-10 mg/L梯度硒浓度（以亚硒酸钠形式叶面喷施），确定8 mg/L为最佳处理浓度。综合运用生理指标检测（抗氧化酶活性、膜透性、光合参数）、转录组测序（Illumina NovaSeq平台）、广靶代谢组学（LC-ESI-MS/MS）及qPCR验证等技术手段，在接种病原菌5天后取样进行多组学分析。

结果

1. 1.
   品种抗性鉴定与生理响应
   接种病原菌后，K326发病率最低（74.0%），中烟100最高（94.0%）。K326表现出更高的 flavonoid（黄酮）、total phenol（总酚）和soluble protein（可溶性蛋白）积累，以及更低的MDA（丙二醛）含量，表明其具有更强的膜稳定性和抗氧化物合成能力。
2. 2.
   硒浓度优化与生理调控
   8 mg/L硒处理使两品种发病率最低（K326 38.0%，中烟100 74.0%）。硒处理显著提升SOD（超氧化物歧化酶）、CAT（过氧化氢酶）、POD（过氧化物酶）活性，降低H₂O₂和O₂^-积累，其中K326的抗氧化酶活性增幅较中烟100高3.94-10.45%。膜稳定性指标显示，8 mg/L硒处理使K326相对电导率降低48.6%，可溶性糖含量提升159.9%，显著优于中烟100。
3. 3.
   光合特性与细胞活性
   硒处理缓解了病原菌引起的光合抑制，K326在8 mg/L硒浓度下净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）较中烟100高29.6-39.1%。台盼蓝染色证实硒处理显著减少K326叶片坏死面积，细胞完整性保持更好。
4. 4.
   多组学机制解析
   转录组分析发现，硒处理诱导K326特有基因表达模式：PKSe vs PZSe比较中鉴定3345个DEGs（差异表达基因），显著富集于苯丙烷生物合成、嘌呤代谢和光合碳固定途径。代谢组显示K326中酚酸类（如芥子醇、咖啡酰胆碱）、黄酮类（异鼠李素-7-O-葡萄糖苷）代谢物积累显著高于中烟100。
5. 5.
   通路协同调控网络
   联合分析揭示关键机制：
   • •
     苯丙烷生物合成途径：K326中4CL（4-香豆酸辅酶A连接酶）、CAD（肉桂醇脱氢酶）、CCR（肉桂酰-CoA还原酶）基因上调，促进木质素单体（松柏醇、芥子醇）和酚酸（咖啡酸、阿魏酸）积累，强化物理屏障和抗菌活性。
   • •
     嘌呤代谢：K326维持XDH（黄嘌呤脱氢酶）、APRT（腺嘌呤磷酸核糖转移酶）高表达，保障ATP供应和氮代谢稳态，支持防御耗能过程。
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     光合能量代谢：K326显著富集碳固定（Rubisco）和维生素B₆代谢基因，增强光合产物供给和抗氧化协同。

讨论

硒通过基因型特异性方式增强烟草抗病性：抗病品种K326能高效整合硒诱导的转录重编程（苯丙烷/嘌呤代谢基因激活）与代谢物积累（防御化合物合成），而感病品种中烟100存在代谢转化瓶颈。硒在K326中建立"代谢-防御"协同回路：嘌呤代谢保障NADPH/ATP供应，苯丙烷代谢合成抗菌物质，光合作用提供碳骨架，三者通过糖信号（如己糖激酶）和转录因子（MYB/WRKY）网络放大防御效应。

结论

叶面施硒（8 mg/L）可显著提升烟草对黑胫病的抗性，但效果呈品种依赖性。抗病品种K326通过硒协同调控苯丙烷生物合成（木质素沉积/酚酸积累）、嘌呤代谢（能量稳态）和光合碳同化（光合产物供给）的多层防御网络，实现高效抗病；感病品种因代谢限制难以将转录响应转化为表型抗性。该研究为土传病害的品种精准硒防治提供了理论依据和实践策略。