桉树易感宿主对破坏性叶枯病菌(Teratosphaeria destructans)感染的分子与代谢响应机制研究

本研究针对全球桉树人工林面临的破坏性叶枯病(TLB)威胁，通过整合转录组学和代谢组学技术，揭示了易感桉树无性系(Eucalyptus grandis × E. urophylla)在Teratosphaeria destructans侵染周期中的关键响应机制。研究发现宿主防御反应延迟激活(28 dpi才显著上调)，而类黄酮(flavonoid)合成通路早期上调，其中槲皮素(quercetin)和芦丁(rutin)促进病原孢子萌发，而桉树脑(eucalyptol)和儿茶素(catechin)则显著抑制萌发。该成果为理解宿主-病原互作机制提供了新视角，对桉树抗病育种具有重要指导意义。

　　

在全球桉树人工林面临严峻挑战的背景下，一种名为破坏性叶枯病(Teratosphaeria leaf blight, TLB)的病害正通过其病原菌Teratosphaeria destructans的肆虐，给主要经济树种Eucalyptus grandis及其杂交种造成重大损失。这种半活体营养型真菌通过气孔侵入宿主，在易感品种上引发叶片褪绿和畸形症状，最终导致严重减产。尽管该病害已蔓延至热带和亚热带地区，但关于宿主易感性的分子机制仍存在显著知识空白，特别是为何某些桉树品种会表现出对病原菌的高度敏感性。

来自南非比勒陀利亚大学林业与农业生物技术研究所(University of Pretoria, Forestry and Agricultural Biotechnology Institute)的Myriam Solís等研究人员在《Plant Molecular Biology》发表的研究，首次系统揭示了易感桉树无性系在T. destructans侵染全周期中的分子与化学响应特征。通过建立标准化接种体系，研究团队追踪了从早期侵染(3天)、症状显现(14天)到孢子释放(28天)的全过程，发现宿主防御存在"时间差"——关键的免疫应答直到晚期(28 dpi)才被激活，而这一延迟可能正是病原菌成功定殖的关键。

研究采用了多组学整合分析策略：通过RNA-seq技术监测不同感染阶段的基因表达变化，结合LC-MS/MS和GC-MS对次生代谢物进行定性与定量分析，并建立体外孢子萌发实验验证代谢物的生物学功能。样本来自已知易感克隆的接种叶片，设置严格的时间点对照(3/14/28 dpi)和生物学重复。

差异基因表达

转录组分析发现防御相关基因的表达呈现明显阶段性特征：早期(3 dpi)主要上调过氧化物酶和糖转运基因，而关键的防御响应如"呼吸爆发"(respiratory burst)和"氧化应激响应"直到28 dpi才显著激活。值得注意的是，负向调控防御的转录因子ATAF1在早期和晚期均持续高表达，这可能是抑制宿主免疫的关键因素。

TF与激素信号通路

研究发现bZIP家族的TGA10转录因子(参与水杨酸SA信号)和MYB96(调控脱落酸ABA通路)分别在晚期和早期特异性上调。激素信号分析显示SA、JA、ET和ABA通路基因在28 dpi集中激活，而"植物-病原互作"等防御相关GO条目同样仅在晚期显著富集。这种延迟的防御响应模式与典型的抗病反应形成鲜明对比。

次生代谢物调控

代谢组与基因表达数据共同表明：类黄酮合成通路在感染过程中持续活跃，其中芦丁(rutin)在晚期叶片中含量显著增加(p<0.01)；而单萜和倍半萜合成基因则被显著抑制。体外实验证实，槲皮素和芦丁在50 μg/ml浓度下可使孢子萌发率提升40-50%，而桉树脑(eucalyptol)在10 μg/ml即完全抑制萌发，儿茶素(catechin)也表现出显著抑制效应(p<0.01)。

这项研究首次系统描绘了易感桉树在T. destructans侵染过程中的动态响应网络，揭示了三个关键科学发现：其一，宿主防御延迟激活可能是易感性的重要特征，特别是ATAF1的持续表达可能压制早期免疫；其二，类黄酮代谢产物的"双刃剑"效应——虽然属于植物防御物质，但特定组分(如槲皮素)反而成为病原菌识别的化学信号；其三，组成型防御物质桉树脑的合成被抑制，削弱了基础抗性。这些发现为理解宿主-病原协同进化提供了新视角，提示未来抗病育种需重点关注早期防御激活时机与次生代谢物组成的精准调控。研究建立的标准化接种体系和多组学分析方法，也为其他林木病害研究提供了可借鉴的技术框架。