木薯抗细菌性枯萎病的动态蛋白质组学分析揭示丙二醛相关氧化应激调控机制

本研究针对木薯细菌性枯萎病(CBB)这一威胁热带地区主粮作物生产的重大病害，通过比较耐受型品种Rayong 72(R72)与敏感型品种Hanatee(HN)的蛋白质组动态变化，首次系统揭示了NAD/NADP代谢通路和谷胱甘肽(GSS)介导的氧化应激调控在木薯抗病机制中的核心作用，为作物抗病育种提供了新型分子靶点。

　　

在热带地区的农田里，一种名为木薯细菌性枯萎病(Cassava Bacterial Blight, CBB)的病害正悄然威胁着这种重要经济作物的产量。由革兰氏阴性菌Xanthomonas axonopodis pv. manihotis(Xam)引起的CBB病害，能通过气孔和伤口侵入木薯植株，导致叶片萎蔫、黄化和坏死，最终造成植株死亡。更棘手的是，Xam病原体能在作物轮作间隙以附生状态存活，通过风雨传播在田间快速扩散。虽然已知不同木薯品种对CBB表现出显著差异的抗性，但决定这种抗性差异的分子机制仍如雾里看花。特别是关于蛋白质水平的动态变化及其与氧化应激标志物丙二醛(MDA)的关联，更是研究领域的空白地带。

针对这一科学难题，泰国玛希隆大学分子生物科学研究所(Institute of Molecular Biosciences, Mahidol University)的研究团队Chotiros Phaisomboon等开展了一项开创性研究。他们选取泰国农业部认证的CBB耐受型工业品种Rayong 72(R72)和敏感型食用品种Hanatee(HN)作为研究对象，通过整合表型分析、蛋白质组学和分子生物学技术，系统揭示了木薯应对Xam感染的分子防御网络。这项重要研究成果发表在《Scientific Reports》期刊上。

研究人员主要采用了四种关键技术方法：1)采用茎穿刺接种法建立Xam感染模型，按标准症状评分系统(0-5分)评估病害进展；2)基于TCA/丙酮沉淀法的叶片蛋白质提取结合LC-MS/MS质谱技术进行全蛋白质组分析；3)通过2-硫代巴比妥酸(TBA)法测定叶片和茎组织的MDA含量作为氧化应激指标；4)利用qRT-PCR验证候选基因的表达模式。所有实验均设置5个生物学重复，蛋白质组数据已存入ProteomeXchange(PXD062377)和jPOST(JPST003734)数据库。

在"症状评估"部分，研究显示接种7天后敏感品种HN开始出现显著症状，28天时达到叶片萎蔫；而耐受品种R72在整个实验期间症状评分不超过1分。通过计算病害进展曲线下面积(AUDPC)，证实R72具有显著更高的抗病性(p<0.01)。

"蛋白质组数据分析"通过主成分分析(PCA)显示两个品种的蛋白质表达谱存在明显差异。

火山图分析发现，在症状初现的7天时，R72中有1,425个蛋白质显著上调，而HN则在28天时出现2,979个上调蛋白。

通过K均值聚类(K-means clustering, KMC)将差异蛋白分为7个表达模式簇，其中簇7在症状出现的7天时达到峰值，且富含质体定位蛋白。

功能富集分析显示，簇7显著富集辅酶代谢相关蛋白(p<0.05)，特别是NAD/NADP生物合成途径。

"氧化应激标志物测定"显示，虽然两个品种叶片MDA水平相似，但敏感品种HN茎部的MDA含量显著更高，与接种部位的坏死程度正相关。

相关性分析发现簇7蛋白表达与AUDPC和MDA水平呈显著负相关。

通过qRT-PCR验证，研究人员确认NAD合成酶样蛋白(QNS)、谷胱甘肽合成酶(GSS)和MAP激酶激酶激酶18样蛋白(MAPKKK18)在R72中的表达模式与蛋白质组数据高度一致(相关系数分别为0.67、0.76和0.84)。

这项研究得出了三个重要结论：首先，耐受品种R72通过维持较高的NAD/NADP生物合成能力(QNS)和谷胱甘肽介导的氧化还原调控(GSS)，有效管理了病原感染引发的氧化应激；其次，MAPK信号通路(MAPKKK18)的激活与系统获得性抗性(SAR)的建立密切相关；最后，虽然敏感品种HN在感染部位表现出更高