对Citrus latifolia Tan.中与病原相关蛋白（PR）基因的转录组范围分析揭示了这些基因在黄龙病发病过程中的关键作用

《Piel》：Transcriptome-wide analysis of pathogenesis-related protein (PR) genes from Citrus latifolia Tan. Reveals its critical role during Huanglongbing disease

本研究通过转录组测序和生物信息学分析，鉴定了波斯柠檬中4个具有CAP结构域的PR基因（ClPRs），并发现ClPR1.6和ClPR4.3在HLB感染后表达显著上调，暗示其可能与波斯柠檬对木虱传播的 HL B 病毒的耐受性机制相关。

　　黄龙病（Huanglongbing，HLB）是一种对柑橘产业造成毁灭性影响的疾病，其病原体为类菌原体（Candidatus Liberibacter asiaticus，简称CLas）。尽管波斯柠檬（Citrus x latifolia Tan.）被认为是一种对HLB具有一定耐受性的柑橘品种，但其耐受性的分子机制仍不明确。因此，本研究旨在通过转录组学方法全面识别波斯柠檬中的PR基因（ClPRs），并进行生物信息学分析，以揭示这些基因在HLB病原体感染下的调控机制。

波斯柠檬作为一种水果作物，因其高品质而被墨西哥出口至世界各地。近年来，墨西哥已成为波斯柠檬的主要生产国和出口国，其在经济、社会和文化层面的重要性也日益凸显。2024年，波斯柠檬的产值已超过6亿美元，其中韦拉克鲁斯州是主要的生产与出口地区。然而，由细菌、病毒、真菌、类菌原体等病原体引起的疾病对波斯柠檬的生产构成了严重威胁。其中，HLB被认为是柑橘产业历史上最严重的威胁之一。自20世纪末在中国首次发现以来，到2017年为止，该病已导致超过6000万棵柑橘树死亡。不幸的是，由于CLas难以分离，目前尚无有效的控制HLB的方法。直接针对CLas细菌的控制策略发展缓慢，因此寻找能够增强植物抗病能力的基因成为研究的重点。

在柑橘植物中，已有研究发现某些品种表现出对HLB的耐受性，例如C. jambhiri、C. australasica、C. hystrix以及C. latifolia等。为了深入了解HLB的耐受性，研究者们开发了转录组学研究，比较耐受性和易感性柑橘品种在CLas感染下的反应。研究表明，一些富含半胱氨酸的分泌蛋白或与PR1相似的蛋白在感染后的波斯柠檬中表现出高度上调。PR蛋白是一类在植物受到胁迫时产生的蛋白质，包括病原体攻击和非生物因素的影响。它们的调控涉及一系列分子反应，这些反应被激活以帮助植物防御病原体的侵入。迄今为止，已有17种PR蛋白家族与植物抗病性相关，并被用作水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）防御反应的标志物。

尽管如此，目前对波斯柠檬中整个PR基因在CLas感染下的表达情况进行全面研究的文献仍然较少。因此，理解波斯柠檬在HLB感染下的耐受性分子机制是进一步改善这一经济重要作物的第一步。为了更好地了解CLas感染诱导的免疫反应，本研究对波斯柠檬的转录组进行了分析，识别了PR基因成员（ClPRs），并对其在芽萌发后35天的幼叶中的表达进行了检测。这些结果将为阐明PR基因家族在HLB感染诱导耐受性中的调控机制提供基础。

在本研究中，我们通过转录组分析获得了波斯柠檬中所有PR基因的序列，并利用基因组数据库（如C. sinensis、C. clementina和C. reticulata）下载了相关的PR基因序列。通过对这些序列进行比对和去除冗余，我们保留了经过验证的候选基因。最终，我们在波斯柠檬的转录组中鉴定了四条ClPR基因。此外，基于柑橘基因组数据库中已鉴定的PR基因，我们还识别了39条PR基因，包括21条来自C. sinensis的CsPR基因、17条来自C. clementina的CcPR基因以及1条来自C. reticulata的CrPR基因。所有ClPR基因的序列都表现出较高的同源性（超过95%）。通过预测蛋白质序列的两两比较分析，我们的结果表明这些基因在结构上具有高度保守的特性，包括与洞穴蛋白结合和衍生肽的结构域。

在CLas感染下，这些PR基因表现出与胁迫反应、激素调控和发育相关的调控元件。具体而言，我们对CLPR1.6、CLPR1.7、CLPR3.5.4和CLPR4.3基因在芽萌发后35天的幼叶中的表达进行了分析。结果显示，CLPR1.6和CLPR4.3基因的表达水平在HLB病原体感染下显著上升，其转录本数量（Transcripts Per Million，TPM）和相对表达水平均有所提高。这表明这些基因可能在植物对HLB病原体的防御中发挥重要作用。因此，我们的研究结果提示，ClPR基因的调控机制可能是波斯柠檬在HLB感染下表现出耐受性的关键因素。

在讨论部分，我们进一步探讨了HLB的严重性及其对柑橘产业的影响。HLB，也被称为柑橘黄化病，是柑橘产业历史上最严重的威胁之一。自20世纪末在中国首次发现以来，到2017年为止，该病已导致超过6000万棵柑橘树死亡。由于CLas难以分离，目前尚无有效的控制方法。直接针对CLas细菌的控制策略发展缓慢，因此需要寻找其他途径来增强植物的抗病能力。PR基因作为植物防御反应的一部分，其在不同植物品种中的表达差异可能为理解HLB耐受性提供重要线索。

在结论部分，我们总结了本研究的主要发现。这是第一项报告波斯柠檬中ClPR基因在CLas感染下表达模式的研究。我们从已发表的波斯柠檬CLas感染转录组中鉴定了四条ClPR基因成员。这些基因成员表现出与HLB耐受性相关的特征结构域，并且其在C. sinensis中的同源基因显示出与生物和非生物胁迫相关的调控元件。从表达分析的角度来看，CLPR1.6和CLPR1.7基因在CLas感染下表现出更高的表达水平，这表明它们可能在植物抵御HLB病原体的过程中发挥关键作用。因此，进一步研究这些基因的调控机制可能有助于开发新的抗病策略，从而保护波斯柠檬的生产。

本研究的作者贡献部分显示，Humberto Estrella-Maldonado在研究的撰写、审核、验证、资源管理、项目管理、方法设计、调查、资金获取、数据分析和概念化方面发挥了重要作用。Raúl Díaz-Martínez参与了研究的撰写、方法设计和数据管理。Arianna Chan-León负责方法设计、调查、数据分析和数据管理。Ricardo Santillán-Mendoza则在可视化、验证、监督、资源管理、数据管理和概念化方面做出了贡献。Cristian Matilde-Hernández参与了研究的撰写、方法设计、调查、数据分析和数据管理。Felipe R. Flores-de la Rosa在研究的撰写、方法设计、调查、数据分析和数据管理方面也发挥了作用。

本研究的资金支持来自墨西哥的科学、人文学科、技术和创新部（Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación，简称SECIHTI）的一个项目，该项目旨在加强柑橘病害研究和控制团队及基础设施，以促进韦拉克鲁斯地区柑橘产业的健康发展。该研究得到了SECIHTI的资助，项目编号为322068。

在竞争利益声明中，作者表示他们没有已知的与本研究相关的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本研究的报告内容。因此，本研究的结果是基于客观科学数据得出的，具有较高的可信度。

综上所述，本研究通过转录组学方法全面分析了波斯柠檬中的PR基因，并揭示了这些基因在HLB病原体感染下的表达模式和调控机制。研究结果表明，CLPR1.6和CLPR4.3基因在感染下表现出更高的表达水平，这可能与波斯柠檬对HLB的耐受性有关。此外，研究还发现这些基因与生物和非生物胁迫相关的调控元件密切相关，这为未来研究柑橘抗病性提供了新的思路。通过进一步研究这些基因的调控机制，可以为柑橘产业提供有效的抗病策略，从而保护这一重要的经济作物。