适宜光强通过调控淀粉与蔗糖代谢促进白及假鳞茎多糖生物合成

本刊推荐：为解决油菜菌核病(SSR)抗性机制不明的问题，研究人员开展了甘蓝型油菜纤维素合酶(CESA)超家族的全基因组鉴定与功能研究。研究发现BnCESA超家族基因通过介导茉莉酸(JA)/水杨酸(SA)信号通路和寡糖衍生的损伤相关分子模式(DAMPs)触发的免疫反应，形成双相防御策略，鉴定出7个核心基因(BnCSLG2c、BnCSLC8a等)作为细胞壁完整性维持和免疫信号传导的关键整合因子，为油菜抗病精准育种提供了重要遗传资源和理论依据。

　　

在农业生产中，油菜菌核病（Sclerotinia stem rot, SSR）是由核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）引起的一种毁灭性病害，可导致油菜产量损失高达10%-80%。目前主要依赖化学杀菌剂进行防治，但面临环境污染和病原菌抗药性等挑战。培育抗病品种是可持续的解决方案，但由于SSR抗性由多基因控制，且尚未发现完全免疫的种质资源，因此解析宿主抗性的分子机制迫在眉睫。植物细胞壁作为抵御病原菌入侵的动态物理屏障，其完整性维持与免疫信号传导在植物防御中扮演着双重角色。纤维素合酶（cellulose synthase, CESA）超家族基因不仅负责细胞壁多糖（纤维素、半纤维素和果胶）的生物合成，还在病原菌抗性中发挥关键作用，但其在甘蓝型油菜与核盘菌互作中的作用尚未得到系统研究。

为了深入解析BnCESA超家族基因在SSR抗性中的功能机制，研究人员在《Plant Stress》上发表了最新研究成果。本研究通过整合基因组学、转录组学、分子对接和生理实验等多种技术手段，系统鉴定了BnCESA超家族基因，并阐明了其通过介导茉莉酸（JA）/水杨酸（SA）信号通路和寡糖衍生的损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）触发的免疫反应，协同调控油菜对菌核病的抗性。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：基于Hidden Markov Model (HMM)和BLASTP的基因组水平基因家族鉴定与系统进化分析；利用RNA-seq和qRT-PCR进行时空表达谱分析；通过分子对接技术预测蛋白质与寡糖配体（纤维二糖CB、木寡糖XOS、寡聚半乳糖醛酸OG）的互作；使用PlantCARE和PLACE进行启动子顺式作用元件分析；以及基于易感（Westar）和抗病（JY1427）品种的比较转录组分析。

3.1. 甘蓝型油菜CESA超家族基因的鉴定

研究共鉴定到92个BnCESA超家族基因，分为7个亚家族（BnCESA、BnCSLA-BnCSLG）。蛋白质理化性质分析表明，这些基因编码的蛋白在氨基酸长度、分子量、等电点、跨膜结构域和亚细胞定位等方面存在显著差异，多数定位于质膜。

3.2. 系统进化分析与分类

构建的系统进化树将BnCESA和AtCESA超家族蛋白聚类为7个亚家族。保守结构域分析发现所有亚家族均含有QxxRW域，除CSLB外均含有DxD域，CESA和CSLD亚家族还含有TED域，这些结构域与多糖合成和免疫应答密切相关。

3.3. BnCESA超家族成员的结构分析

保守基序和基因结构分析显示，同一亚家族成员具有相似的基序组成和基因结构（如外显子-内含子分布），反映了功能上的保守性。

3.4. 染色体定位、复制事件和共线性分析

基因在19条染色体上分布不均匀，A和C亚基因组分别有45和47个基因。共线性分析发现基因扩张主要源于全基因组或片段复制，而非串联复制。Ka/Ks分析表明纯化选择是进化的主要动力。与拟南芥、芸薹属物种（白菜和甘蓝）的共线性高，但与水稻的共线性低，揭示了芸薹属内的进化保守性。

3.5. BnCESA超家族基因启动子区域的顺式作用元件分析

启动子中含有丰富的激素响应（JA、SA、ABA等）、生长发育以及非生物和生物胁迫相关的顺式作用元件，其中JA和SA响应元件最为丰富，暗示这些基因可能受JA/SA信号通路的调控。

3.6. 接种核盘菌后BnCESA超家族基因的表达谱分析

接种核盘菌后，36个基因表达显著上调，呈现双相诱导模式（早期：6-24 hpi；晚期：48-60 hpi）。不同亚家族基因表现出不同的诱导特征，如BnCESA、BnCSLD、BnCSLG和BnCSLC亚家族的部分基因持续上调表达。

3.7. 鉴定茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)处理下作为防御反应候选基因的BnCESA超家族基因

外源MeJA和SA处理能显著抑制病斑扩展（最高减少50%）。表达分析发现15个基因受MeJA和/或SA诱导表达，其中部分基因（如BnCESA3b、BnCSLD3d）对两种激素均有响应，呈现时相差异，SA主导早期防御反应，JA主导晚期防御反应。

3.8. 关键抗性相关BnCESA超家族基因在DAMI中的表达谱分析

三种DAMPs（CB、XOS、OG）处理均能激发免疫反应，抑制病斑扩展。11个候选基因在DAMPs处理下显著诱导表达，其中BnCSLG2c、BnCSLD3d、BnCSLD5a和BnCSLC8a对三种DAMPs均响应，但表达时序和幅度存在差异，表明它们可能参与不同的DAMP识别和信号传导途径。

3.9. 通过分子对接和比较表达谱分析对BnCESA超家族候选基因进行初步功能预测

分子对接表明9个候选蛋白（BnCSLG2c、BnCSLD3d、BnCSLD5a、BnCSLC8a、BnCESA3b、BnCESA6a、BnCESA5b、BnCESA6b、BnCSLA3b）与寡糖配体（CB、OG、XOS）具有较高的结合亲和力（结合能ΔG < -4.0 kcal/mol），其中对CB的亲和力最高。在抗病品种JY1427中，BnCSLG2c、BnCSLC8a、BnCESA6b、BnCESA6a、BnCESA5b、BnCESA3b和BnCSLD3d这7个基因在接种后显著上调表达，且病斑长度显著小于感病品种Westar（减少63%），预示着它们是SSR抗性的关键候选基因。

本研究系统解析了BnCESA超家族基因在甘蓝型油菜抗核盘菌中的功能。研究发现该家族基因通过保守的结构域参与细胞壁多糖生物合成，其表达受JA/SA信号通路和DAMPs的精密调控，形成早期SA介导的基础防御和晚期JA主导的持续抗性。通过多层次筛选，最终鉴定出7个核心基因（BnCSLG2c、BnCSLC8a、BnCESA6b、BnCESA6a、BnCESA5b、BnCESA3b和BnCSLD3d）作为抗病育种的关键靶标。这些基因不仅在不同DAMPs处理下表现出特异的诱导模式，分子对接也揭示了它们与不同寡糖配体的结合潜力，在抗病品种中表达显著上调。该研究深化了对植物细胞壁相关免疫机制的理解，为油菜抗病分子育种提供了宝贵的遗传资源和理论依据，对开发绿色、可持续的病害防控策略具有重要意义。