茉莉酸甲酯种子处理通过多重防御反应增强挪威云杉幼苗对灰葡萄孢菌的抗性

为解决挪威云杉(Picea abies)幼苗在苗圃中易受灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)侵染的问题，研究人员开展了茉莉酸甲酯(MeJA)种子处理增强抗性的研究。通过代谢组、转录组和染色质开放性分析，发现MeJA处理显著降低幼苗死亡率，并诱导了黄烷-3-醇积累、细胞壁强化和氧化应激保护等多重防御机制。该研究为森林苗圃病害防控提供了经济有效的解决方案。

　　

挪威云杉是欧洲林业重要的经济和生态树种，但其幼苗在苗圃高密度种植条件下易受灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)侵害，导致严重的灰霉病。传统杀菌剂因抗药性问题效果受限，而叶面喷施茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate, MeJA)虽能诱导抗性但成本高昂且抑制生长。如何经济有效地提升幼苗抗性成为亟待解决的难题。

Ngan Bao Huynh等研究者创新性地采用种子处理方式，评估了MeJA、哌啶酸(PipA)、木质素(Li)和壳聚糖(Chi)四种处理对挪威云杉幼苗抗病性和生长的影响。研究发现仅MeJA处理能显著降低灰霉病导致的幼苗死亡率（从对照组的35%降至20%），但伴随根茎生长抑制。通过整合代谢组、激素检测、转录组(RNA-seq)和染色质开放性(FAIRE-qPCR)分析，揭示了MeJA通过多重机制增强抗性：上调病程相关蛋白(PR proteins)基因表达；增加黄烷-3-醇类化合物（如儿茶素和原花青素B1）积累；强化细胞壁（通过下调果胶裂解酶和纤维素酶基因）；增强氧化应激保护（谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶基因富集）。研究还发现JA/乙烯(ET)信号通路与脱落酸(ABA)存在拮抗关系，且表观遗传调控可能参与抗性 priming。

关键技术方法包括：1) 种子用0.5 mM MeJA等处理；2) 幼苗接种B. cinerea进行抗性评价；3) LC-MS/MS检测防御激素(JA、JA-Ile、SA、ABA)和酚类物质；4) RNA-seq分析转录组变化；5) FAIRE-qPCR检测染色质开放性。样本来自挪威Skogfr?verket公司的Kilen种源。

主要研究结果：

1. 1.

   生长与抗性表现：MeJA处理使幼苗总长度减少30%，但显著提高抗病性，死亡率降低43%。其他处理(Chi/PipA/Li)无显著效果。

2. 2.

   防御代谢物变化：MeJA处理幼苗的儿茶素含量是对照的2.1倍，原花青素B1增加1.8倍。

3. 3.

   激素调控：MeJA降低ABA水平，增加JA-Ile降解产物12-OH-JA-Ile和12-COOH-JA-Ile。

4. 4.

   转录组特征：发现12个表达模式集群，其中集群3/10显示MeJA诱导的"primed-up"响应，富含氧化应激和细胞壁相关基因；集群4组成性上调PR蛋白基因。

5. 5.

   表观遗传线索：组蛋白修饰相关基因差异表达，但FAIRE-qPCR因样本变异未得出明确结论。

该研究首次证实MeJA种子处理可系统性地增强针叶树幼苗抗病性，突破了传统叶面施用的成本瓶颈。通过整合多组学分析，阐明了由代谢重编程、细胞壁强化和表观调控共同构成的防御网络，为发展可持续森林保护策略提供了理论依据。尽管生长抑制效应仍需优化，但该方法在苗圃病害防控中展现出重要应用潜力，未来需进一步研究抗性的持久性和生态影响。论文发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。