多组学联合分析揭示猕猴桃软腐病抗性机制：植物激素信号转导与苯丙烷生物合成的关键作用

《BMC Plant Biology》：Integrated multi-omics identifies plant hormone signal transduction and phenylpropanoid biosynthesis as key pathways in kiwifruit (Actinidia chinensis var. deliciosa) resistance to Botryosphaeria Dothidea infection

本研究针对猕猴桃采后软腐病这一毁灭性真菌病害，通过整合转录组学和代谢组学分析，系统揭示了Botryosphaeria dothidea侵染后猕猴桃的关键响应通路。研究发现72小时是病害发生的关键转折点，植物激素信号转导和苯丙烷生物合成通路被显著激活，并鉴定出MYB转录因子(Acc32263)和ChlH-like基因(Acc00854)两个核心调控因子。该研究为阐明猕猴桃软腐病致病机制提供了新见解，为病害防控策略开发奠定了理论基础。

　　

猕猴桃作为原产于中国的高营养价值水果，因其独特风味和丰富维生素含量而广受欢迎。然而，这种美味水果在采后贮藏和运输过程中极易遭受软腐病的侵袭，导致果实腐烂变质，造成严重的经济损失。Botryosphaeria dothidea是引起猕猴桃软腐病的主要病原菌，其侵染过程隐蔽、发展迅速，防治难度大，给猕猴桃产业带来了巨大挑战。

目前针对猕猴桃软腐病的防治主要依赖化学杀菌剂，但长期使用不仅会导致病原菌产生抗药性，还会造成环境污染和农药残留问题。因此，深入解析B. dothidea的致病机制，寻找新的防控靶点显得尤为重要。虽然前期研究已在苹果、梨等作物中发现了一些与B. dothidea抗性相关的基因和代谢通路，但猕猴桃中相关的抗病机制仍不清楚。

为填补这一研究空白，叶丽霞等研究人员在《BMC Plant Biology》上发表了最新研究成果。他们以易感软腐病的'金魁'猕猴桃为材料，通过人工接种B. dothidea，系统研究了病原菌侵染后不同时间点(12、24、72和120小时)的形态学变化、基因表达谱和代谢物组成的动态变化，首次在猕猴桃中揭示了植物激素信号转导和苯丙烷生物合成通路在软腐病发生过程中的关键作用。

研究团队采用的主要技术方法包括：人工病原菌接种实验、组织病理学观察(甲苯胺蓝染色)、转录组测序(RNA-seq)和非靶向代谢组学分析。样本来源于国家猕猴桃种质资源圃的5年生'金魁'猕猴桃树果实，接种后在不同时间点采集病健交界处组织进行多组学分析。

形态学观察揭示病害发展规律

通过系统观察发现，B. dothidea接种后72小时开始出现明显病斑，病斑直径达到10.85毫米；到120小时时，病斑扩大至18.27毫米，菌丝深入果肉组织，导致细胞结构破坏，形成典型软腐症状。组织切片显示病原菌通过菌丝侵入果肉细胞，破坏细胞结构，这是导致果实软腐的直接原因。

转录组分析发现关键响应基因

RNA-seq分析共鉴定出35,935个注释基因。差异表达基因(DEGs)数量随感染时间显著增加，72小时和120小时分别鉴定出2,780和5,377个DEGs，远高于早期时间点。KEGG富集分析显示，这些DEGs在植物激素信号转导通路中显著富集，涉及生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯、油菜素甾醇、茉莉酸和水杨酸等八大植物激素信号通路。其中生长素通路包含的DEGs数量最多(38个)，大多数激素相关基因在72和120小时表现出显著下调。

代谢组学揭示代谢物变化特征

非靶向代谢组学共鉴定出403种代谢物，其中黄酮类化合物占比最高(23.57%)。差异积累代谢物(DAMs)在72小时达到峰值(46个)，主要属于脂类和有机酸类。K-means聚类分析显示，有机酸和脂类代谢物在72和120小时显著积累，这些物质的变化可能与果实软腐过程直接相关。

多组学整合发现核心通路

通过转录组和代谢组的联合分析，发现苯丙烷生物合成通路是DEGs和DAMs共同显著富集的关键通路。该通路中的PAL、ACT、ASAT3等基因表达上调，而香豆酸盐、绿原酸、阿魏酸等代谢物含量下降，表明B. dothidea可能通过抑制苯丙烷通路早期响应基因的表达，减少抗菌物质的合成，从而促进病害发展。

关键调控因子鉴定

通过O2PLS模型和Pearson相关性分析，研究人员成功鉴定出两个核心调控因子：MYB转录因子(Acc32263)和ChlH-like基因(Acc00854)。MYB转录因子在B. dothidea侵染后表达上调，而ChlH-like基因表达受到抑制，这两个基因可能在猕猴桃软腐病发病机制中发挥核心调控作用。

研究结论表明，B. dothidea可能通过多种机制导致猕猴桃软腐病发生。一方面，病原菌分泌细胞壁降解酶(纤维素酶和果胶酶)及毒素，分解猕猴桃细胞壁和细胞间物质，导致细胞分离和组织软化；另一方面，B. dothidea可能通过分泌效应蛋白抑制MAPK信号通路，阻止猕猴桃防御基因的激活，降低其抗病性。同时，病原菌还可能促进植物乙烯产生，加速果实成熟衰老，并抑制水杨酸和茉莉酸等防御相关激素的信号转导，共同削弱猕猴桃的防御反应。

这项研究首次通过多组学整合分析系统揭示了猕猴桃软腐病的分子响应机制，鉴定出的关键通路和基因为开发新型病害防控策略提供了重要靶点。未来通过调控这些关键基因的表达或利用代谢工程手段增强苯丙烷代谢通路，可能为猕猴桃软腐病的绿色防控开辟新途径。