纤维素合酶超家族介导油菜DAMPs触发免疫抗核盘菌茎腐病的机制研究

【推荐语】为应对油菜核盘菌茎腐病（SSR）造成的严重产量损失，本研究聚焦纤维素合酶（CESA）超家族在损伤相关分子模式（DAMPs）触发免疫（DTI）中的作用。通过全基因组鉴定、系统发育分析和表达谱验证，发现BnCESA超家族基因通过JA/SA信号通路介导双相防御响应，并筛选出7个核心基因（如BnCSLG2c、BnCESA3b等）作为细胞壁完整性维持和免疫信号整合的关键靶点。该研究为油菜抗病精准育种提供了重要遗传资源和理论依据。

　　

油菜是我国重要的油料作物，但其生产长期受到核盘菌引起的茎腐病（Sclerotinia stem rot, SSR）威胁，可导致10%-80%的产量损失。当前依赖化学农药的防治手段面临环境压力和抗药性挑战，而育种手段又因抗性遗传复杂、缺乏完全免疫种质而进展缓慢。植物细胞壁作为抵御病原体的物理屏障，其纤维素、半纤维素和果胶等成分由纤维素合酶（CESA）超家族合成，近年来被发现不仅参与结构维持，还能通过降解产物——损伤相关分子模式（DAMPs）如纤维二糖（CB）、木寡糖（XOS）和寡半乳糖醛酸（OG）触发先天免疫。然而，CESA超家族在油菜抗SSR中的作用机制尚不明确。

为了解析BnCESA超家族在SSR抗性中的功能，研究人员在《Plant Stress》上发表了最新研究成果。他们首先通过全基因组分析在甘蓝型油菜中鉴定到92个BnCESA超家族成员，分为CESA和CSLA-CSLG共7个亚家族。系统发育和结构分析显示这些蛋白具有保守的催化结构域（DxD、TED）和调控结构域（QxxRW），其中CESA和CSLD亚家族还含有与酶活性和蛋白互作相关的TED域。进化分析表明BnCESA基因与拟南芥、白菜等十字花科物种具有高度共线性，但与水稻同源性较低，揭示了其在十字花科内的保守性。

研究团队通过启动子顺式元件分析发现，BnCESA基因富含茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）响应元件，暗示其受激素调控。接种核盘菌后的表达谱分析鉴定出36个感染响应基因，其中15个核心基因（如BnCSLG2c、BnCESA3b、BnCSLD3d、BnCSLC8a等）呈现双相表达模式：早期（6-24 hpi）以SA介导的响应为主，后期（36-60 hpi）转变为JA主导的抗性，使病斑扩展减少达50%。外源施加JA和SA处理验证了这些基因的激素诱导特性，且能显著抑制病害发展。

进一步研究发现，三种DAMPs（CB、XOS、OG）可激活不同的防御程序：CB诱导持续响应（0-60 hpi），OG优先激活细胞壁重塑相关基因（48-60 hpi），而XOS与昼夜节律调控的防御同步。分子对接显示BnCSLG2c、BnCESA3b等7个核心基因与DAMPs具有高亲和力（结合能ΔG < -4.0 kcal/mol），其中对CB的亲和力最强（ΔG达-7.2 kcal/mol）。在抗病品种JY1427中，这些基因的表达显著高于感病品种Westar，且与病斑减小显著相关。

关键技术方法包括：从油菜基因组数据库（BnIR）获取基因组数据，利用HMM和BLASTP鉴定BnCESA超家族；通过系统发育、基因结构和motif分析进行分类；采用qRT-PCR分析基因表达；使用AutoDock Vina进行分子对接；通过病原接种和激素/寡糖处理进行功能验证。

研究结果部分，3.1-3.4节揭示了BnCESA超家族的基因组成、进化关系和结构特征；3.5节启动子分析发现JA/SA响应元件富集；3.6节表达谱鉴定出36个感染响应基因；3.7节证实JA/SA处理可诱导15个基因表达并增强抗性；3.8节发现DAMPs处理激活11个基因并抑制病害；3.9节通过分子对接和品种比较筛选出7个核心抗病候选基因。

讨论部分强调，BnCESA超家族通过JA/SA信号通路介导了PTI（模式触发免疫）和DTI（DAMPs触发免疫）的协同作用：早期SA响应强化初生壁防御，后期JA响应促进次生壁重塑以限制病原扩展。不同DAMPs（CB、XOS、OG）通过激活特定BnCESA基因实现底物特异性识别，从而协调细胞壁修复和免疫信号转导。该研究不仅为油菜SSR抗性育种提供了7个关键靶基因，还揭示了细胞壁相关免疫的新机制，为开发基于DAMPs的绿色防控策略奠定了理论基础。