生菜免疫应答与质外体代谢谱协同抑制人类病原菌在叶片内部的定殖

为解决人类病原菌（如Salmonella enterica和Escherichia coli O157:H7）在绿叶蔬菜质外体（apoplast）中逃逸消毒措施并持续污染的问题，研究人员通过整合转录组和代谢组分析，揭示了不同生菜品种通过免疫激活（如SA信号通路）和代谢物调控（如羟基肉桂酸）限制病原菌存活的分子机制。该研究为培育抗污染生菜品系和优化农业实践提供了理论依据，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

绿叶蔬菜是人类饮食的重要组成部分，但其在生产过程中可能被人类病原菌如肠炎沙门氏菌（Salmonella enterica ser. Typhimurium 14028s）和大肠杆菌（Escherichia coli O157:H7）污染。这些病原菌可通过气孔进入叶片质外体（apoplast，细胞壁与质膜外的空间），逃避常规消毒措施，进而威胁消费者健康。尽管植物免疫系统能通过模式触发免疫（PTI）等机制抵抗微生物入侵，但不同生菜品种对病原菌的抑制能力存在显著差异，其背后的分子机制尚不明确。

为解决这一问题，智利天主教大学和美国加州大学戴维斯分校的研究团队选取了三种具有不同病原菌抑制表型的生菜品种——绿塔（Green Towers, GT）、罗莎（Lollo Rossa, LR）和红潮（Red Tide, RT），通过整合转录组学、代谢组学和表型分析，揭示了品种特异性防御策略如何影响病原菌在质外体中的存活。研究成果发表于《BMC Plant Biology》，为通过育种和农艺实践提升农产品安全性提供了新思路。

研究团队首先通过真空渗透法将病原菌接种到生菜叶片质外体，利用RNA测序（RNA-seq）和气质联用（GC-TOF-MS）技术分别分析叶片转录组和质外体代谢组变化，并结合活性氧（ROS）爆发和胼胝质沉积等免疫表型检测，评估不同品种的防御响应。

O157:H7和STm 14028s差异调控生菜品种的转录组
转录组分析显示，LR和GT对两种病原菌的响应更强烈，尤其是STm 14028s诱导了LR中4448个基因的差异表达，显著富集于防御相关通路（如SA信号和苯丙烷代谢）。相比之下，RT的转录调控较弱，仅346个基因受STm 14028s调控。

生菜代谢在转录水平受病原菌调控
KEGG通路分析表明，LR和GT中碳水化合物代谢（如半乳糖和淀粉代谢）和次级代谢（如类黄酮和萜类合成）通路显著激活。LR还特异性上调了α-亚麻酸代谢（与茉莉酸合成相关）和支链氨基酸降解通路，可能通过代谢重编程限制病原菌营养获取。

质外体代谢组受病原菌差异调控
代谢组数据揭示，GT和LR的质外体代谢物变化更为显著。GT在接种STm 14028s后1天即出现9种氨基酸（如缬氨酸和脯氨酸）的减少，而LR则积累咖啡酸（caffeic acid）和SA。值得注意的是，GT虽未显著积累SA，但通过上调乙烯合成基因和积累半乳糖醇（galactinol），可能激活了替代防御途径。

GT和LR表现出不同的SA依赖性免疫响应
表型分析证实，LR依赖典型的SA途径，表现为强ROS爆发和胼胝质沉积；而GT的免疫响应较弱，但通过独特的代谢调整（如减少质外体氨基酸）仍能有效抑制病原菌存活。相比之下，RT因缺乏有效的免疫激活和代谢调控，导致O157:H7在质外体中显著增殖。

该研究首次系统揭示了生菜品种通过免疫应答和质外体代谢谱协同调控人类病原菌存活的双重机制。LR依赖SA信号和细胞壁强化等经典防御通路，而GT则通过代谢抑制（如营养竞争）和乙烯信号等替代途径限制病原菌。这些发现不仅深化了对植物-人类病原菌互作的理解，还为培育抗污染生菜品系提供了分子靶点（如SA通路关键基因或抗菌代谢物）。未来研究可进一步解析质外体中脂质、蛋白质等非水溶性成分的作用，以及环境因素（如湿度）与基因型的互作效应。

研究还提出，农业实践中可通过筛选高SA含量或特定代谢谱的生菜品种，结合优化采收前后的环境调控，降低食源性疾病风险。这一策略对实现“从农田到餐桌”的全程安全管理具有重要应用价值。