硫化氢调控甘蓝黑腐病抗性的多组学机制研究：从形态结构到转录代谢网络

针对甘蓝黑腐病（Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc）造成的重大经济损失，甘肃农业大学团队通过外源硫化氢（H2 S）处理，系统揭示了H2 S通过激活植物-病原互作网络、稳定渗透调节系统、增强抗氧化（GSH-ASA循环）及保护细胞完整性等多途径协同防御的分子机制，为十字花科作物病害绿色防控提供了新策略。

　　

甘蓝作为全球重要的十字花科经济作物，其生产长期遭受黑腐病（Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc）的严重威胁。这种革兰氏阴性细菌通过维管系统入侵，导致叶片特征性"V"形坏死斑，造成产量损失高达50%。传统铜制剂防控存在环境毒性且效果有限，而气体信号分子因其在逆境响应中的调控潜力成为研究热点。硫化氢（H₂
S）作为继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）后的第三类气体信号分子，虽在非生物胁迫中作用明确，但其对抗病原微生物感染的直接证据仍属空白。甘肃农业大学园艺学院团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，首次从形态、细胞和转录代谢层面揭示了H₂
S防御甘蓝黑腐病的多维机制。

研究采用1 mmol/L硫氢化钠（NaHS）作为H₂
S供体，以易感品种"中甘11号"为材料，通过温室实验结合多组学分析。关键技术包括：病原菌分离鉴定（来自兰州榆中县病叶）、表型与细胞超微结构观察、抗氧化酶活性检测、植物-病原互作关键基因qPCR定量（如Rboh、MPK3/4等）、代谢组学分析等。

【研究结果】

1. 实验材料与生长条件
   在Xcc感染早期，H₂
   S处理显著改变了甘蓝叶片中植物-病原互作调控网络基因表达，其中钙调蛋白（CaM）、病程相关蛋白（PR1）等表达量较单纯感染组提升2-3倍，而NADPH氧化酶（Rboh）和丝裂原活化蛋白激酶（MPK3/4）呈现差异调控模式。

2. H₂
   S对Xcc感染后植物-病原互作调控网络的影响
   H₂
   S通过激活ROS爆发和程序性细胞死亡（PCD）触发快速应激响应。转录数据显示，H₂
   S显著上调水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）通路标记基因表达，同时促进谷胱甘肽（GSH）-抗坏血酸（ASA）循环关键酶活性提升40%-60%。

3. 讨论
   Xcc感染会破坏甘蓝细胞壁完整性并抑制次生代谢物合成，而H₂
   S处理通过稳定渗透调节系统（脯氨酸含量增加35%）、减少膜脂过氧化（MDA水平下降28%）及促进生物碱合成（如芥子碱累积2.1倍）实现细胞保护。该机制与三七（Panax notoginseng）抗病模型存在保守性。

4. 结论
   H₂
   S通过三重协同机制防御黑腐病：①调控MAPK级联和钙信号转导；②增强抗氧化酶（SOD、POD）活性和GSH-ASA循环效率；③维持脂肪酸代谢和细胞膜稳定性。该研究不仅为十字花科作物病害防控提供了新型气体分子靶点，也为H₂
   S在植物免疫中的信号功能提供了直接证据。

这项研究的创新性在于首次构建了H₂
S-Xcc-甘蓝互作的分子框架，揭示了气体分子通过多靶点网络协调抗病性的规律。未来研究可进一步解析H₂
S与其它信号分子（如NO、H₂
O₂
）的交叉对话机制，为开发基于气体信号的作物免疫诱导剂奠定理论基础。