揭示紫花苜蓿在盐度及Ascochyta medicaginicola感染下的分子适应性：基于差异生理特性和蛋白质组学分析的见解

《Plant Signaling & Behavior》：Unraveling alfalfa molecular adaptation to salinity and Ascochyta medicaginicola infection: insights from differential physiological traits and proteomics profiling

光合作用与抗逆代谢调控差异在盐胁迫和真菌复合压力下影响苜蓿品种适应性。

　　
本研究聚焦于两种差异显著的苜蓿品种（Gabes-2353耐盐品种与Magna-601感盐品种）对盐胁迫及致病菌Ascochyta medicaginicola（Pm8菌株）侵染的响应机制，通过多组学整合分析揭示了其分子适应策略的显著差异。研究设计包含四个处理组：对照组（无胁迫）、盐胁迫组（150 mM NaCl）、Pm8侵染组及盐-真菌复合胁迫组，每个处理组重复16次生物学实验，确保数据可靠性。生理指标检测涵盖茎长、叶鲜重、相对含水量和健康叶片比例等关键参数，结合蛋白质组学分析（涵盖128个差异蛋白）及KEGG通路富集，系统解析了双胁迫下苜蓿的适应性机制。

在盐胁迫单独作用下，Gabes-2353表现出更显著的生长适应性。茎长较对照组下降21.5%，但Magna-601品种下降幅度达38%，且叶鲜重、相对含水量等指标在Gabes-2353中仅出现较小波动。蛋白质组学显示，Gabes-2353激活了涵盖光合作用（CAB6）、抗氧化（GST）、能量代谢（GAB/PLP）及次生代谢（7-OMT）的多条通路，其中泛素酶（UBA1A）和7-OMT作为核心调控节点形成网络互作，而Magna-601则主要依赖淀粉代谢相关酶（SBE/AMY1）维持能量供应，但该过程伴随蛋白质合成途径（如核苷酸糖代谢）的抑制。

Pm8侵染单独作用时，两种品种均出现健康叶片比例显著下降（Gabes-2353下降25%，Magna-601达30%），但Gabes-2353通过激活复合抗性机制缓解了部分损伤：其泛素介导的蛋白降解系统（UBA1A/COPA2）协同次生代谢（7-OMT/GST）形成防御屏障，而Magna-601则依赖蛋白酶抑制剂（SCPL25/PGIP2）和防御蛋白（SBT）构建直接防御体系。值得注意的是， Gabes-2353在抗病过程中表现出光合系统的高效修复能力，其叶绿素a和b含量在复合胁迫下反而较单一胁迫更高，这与细胞膜修复相关蛋白（CADs/PERs）的协同作用有关。

复合胁迫（盐+真菌）导致两种品种出现协同损伤效应。Gabes-2353通过整合代谢与免疫通路实现双重适应：一方面激活MAPK信号通路（COPA2/RhiR）增强抗病响应，另一方面通过7-OMT调控木质素合成（CADs/PERs）改善细胞壁结构，同时启动氨酰-tRNA生物合成（PLP）维持氮代谢平衡。而Magna-601在复合胁迫下出现代谢系统崩溃现象，其淀粉动员网络（MAAP2/MEX1）虽维持能量供应，但伴随维生素代谢（如硫胺素）和核苷酸合成（嘌呤代谢）的严重抑制，导致细胞修复能力受限。

蛋白质互作网络分析揭示关键调控模块：Gabes-2353形成以7-OMT为核心的次生代谢网络，该节点通过连接CADs（木质素合成）、PERs（活性氧清除）和UGTs（酚类物质转运）形成多层级防御体系。与之形成对比的是，Magna-601的互作网络呈现以淀粉酶（AMY1）和β-葡萄糖苷酶（BAM2）为核心的代谢动员模式，同时伴随细胞骨架蛋白（MtPDI）的应激性表达。KEGG通路分析显示，Gabes-2353在复合胁迫下显著激活苯丙烷类代谢（map03014）、嘧啶代谢（map00916）及细胞骨架重组（map04151），而Magna-601则过度依赖能量代谢（map00140）和防御通路（map04150）。

该研究为作物抗逆育种提供了新视角：耐盐品种 Gabes-2353通过代谢重编程（次生代谢激活与初级代谢抑制）实现高效盐离子解毒，同时构建泛素-蛋白酶复合体（UBA1A/COPA2）增强抗病响应；而感盐品种Magna-601则采取消耗性防御策略，通过分解储存淀粉维持基础代谢，但牺牲了细胞修复能力。这种适应性差异在Pm8侵染时被放大， Gabes-2353的协同响应机制使其在复合胁迫下仍能维持42%的健康叶片比例，而Magna-601则降至31%。

研究还发现两种品种在应对复合胁迫时存在代谢路径的竞争性选择：Gabes-2353优先激活能量节约型次生代谢（7-OMT介导的酚类合成），而Magna-601则启动耗能型防御机制（NAPRT1/NAD代谢）。这种策略差异导致Gabes-2353在盐胁迫下叶绿素含量仅下降13%，而Magna-601则因光系统损伤导致叶绿素a含量骤降30%。特别值得注意的是，Gabes-2353在复合胁迫下激活的MAPK信号通路（COPA2/RhiR节点）与Ascochyta侵染相关的水杨酸-茉莉酸联信号通路存在交叉调控，这种分子层面的协同机制使其在盐-真菌复合压力下仍能维持18%的茎长生长，而Magna-601品种因MAPK通路抑制导致茎长缩减达44%。

该成果对农业实践具有指导意义：在滨海盐碱地区推广Gabes-2353品种可同时缓解土壤盐渍化和真菌病害威胁，其核心优势在于建立了代谢与免疫联动的适应性网络。未来研究可进一步探索7-OMT在盐胁迫与真菌侵染的交叉响应机制，以及UBA1A泛素酶系统如何整合环境信号以调控多维度防御策略。此外，发现Magna-601在复合胁迫下激活的细胞死亡调控通路（map04169），提示该品种可能通过牺牲部分组织功能来维持整体稳态，这为设计双重胁迫耐受品种提供了新思路——通过调节细胞死亡阈值平衡生长与防御。