氮素形态调控茄子对土传病原菌尖孢镰刀菌抗性的分子机制研究

本研究针对茄子(Solanum melongena L.)土传病害防控难题，通过比较NO3-和NH4+两种氮素形态对尖孢镰刀菌(Fom)抗性的影响，发现硝酸盐通过激活LYK受体、ROS爆发和细胞壁增厚等机制显著增强茄子抗病性，为开发基于氮肥管理的生态防控策略提供理论依据。

　　

茄子作为全球重要的茄科蔬菜，其生产长期受到土传病原菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f. sp. melongenae, Fom)的严重威胁。这种病原菌通过根系入侵后引发维管束萎蔫，造成叶片黄化、坏死直至植株死亡，在亚洲和地中海等主产区可导致毁灭性损失。尽管通过种质筛选已发现部分抗性资源，但现有抗性基因表达不稳定且难以直接用于育种。与此同时，氮素作为植物生长的关键营养元素，其不同形态(NO₃^-和NH₄⁺)可通过改变根系分泌物、土壤pH值及防御信号通路等多种途径影响植物-病原互作，但具体调控机制尚不明确。

针对这一科学问题，意大利农业研究与经济委员会(CREA-GB)的研究团队以具有部分抗性的茄子品系AM199为材料，通过表型观察结合根转录组分析，系统解析了不同氮素形态调控茄子抗Fom的分子机制。研究发现，硝酸盐(NO₃^-)相较于铵盐(NH₄⁺)能显著降低病害指数，这种抗性增强效应在接种后14天(DAI)表现最为明显。

研究采用分区氮素施肥设计，通过Illumina NovaSeq6000平台进行转录组测序，结合加权基因共表达网络分析(WGCNA)和qRT-PCR验证。对接种Fom后4小时(T1)和14天(T2)的根系样本进行比较分析，发现早期响应与长期防御存在显著差异。

氮素施肥与土传真菌病害响应
表型分析显示，NO₃^-处理的AM199品系在14 DAI时病害症状显著轻于NH₄⁺处理组，而对照品系67/3对氮素形态不敏感。

Fom及不同氮素形态下的基因表达变化
PCA分析揭示T1时病原接种是主要变异来源，而T2时氮素形态成为关键分群因素。NO₃^-处理组在T2期特有上调1,153个基因，包括57个富含亮氨酸重复序列(LRR)基因和37个NADH/NADPH通路基因。

共表达网络分析揭示关键枢纽基因
WGCNA鉴定出5个关键模块：棕色模块(1,755基因)富集几丁质酶(Cht6)和细胞色素P450(CYP82A3)；深橄榄绿模块(600基因)包含病程相关蛋白(PR2/PR4)；浅绿色模块(219基因)与NO₃^-特异的长期防御相关，涉及纤维素合成酶(CSLG1/CSLH1)和固醇生物合成(SQE2)。

qRT-PCR验证RNA-seq结果
选取7个防御相关基因进行验证，表达趋势与转录组数据高度一致，证实数据可靠性。

该研究首次阐明茄子抗Fom的双阶段防御机制：早期(4小时)通过LYK受体识别病原相关分子模式(PAMP)，激活阿拉伯半乳糖蛋白(AGP16)和天冬氨酸蛋白酶(ASP1)介导的细胞间通讯；后期(14天)NO₃^-特异地诱导活性氧(ROS)爆发和细胞壁增厚(通过CSLG1/CSLH1和SQE2)。这一发现不仅为茄子抗病育种提供了新靶点(如D6PKL2激酶和NAGLU基因)，更重要的是提出通过优化氮肥形态(NO₃^-基肥料)实现病害生态防控的创新思路，对减少化学农药使用、发展可持续农业具有重要实践价值。研究建立的"氮素形态-防御通路-抗病表型"调控模型，为其他作物土传病害防控提供了可借鉴的研究范式。