转录组与代谢组联合分析揭示葡萄采后应答Aspergillus westerdijkiae侵染的防御基因与代谢调控网络

本研究通过整合双RNA测序与代谢组学技术，系统解析了葡萄（Vitis vinifera）在采后感染Aspergillus westerdijkiae过程中的分子应答机制。研究发现葡萄通过上调细胞壁合成基因（如CESA9、CSLG3、PAL等）和积累防御代谢物（如IDA、酚酸类物质）增强抗性，同时真菌产毒基因（otaA等）显著下调。研究还鉴定到关键β-葡萄糖苷酶基因AoFc_150可调控真菌侵染能力。该成果为葡萄采后病害防控提供了新靶点和理论依据。

　　

葡萄作为全球重要的水果作物，不仅鲜食广受欢迎，更是酿酒和休闲食品工业的核心原料。然而，其高水分和糖分含量为采后病原微生物的滋生提供了温床，尤其是曲霉属（Aspergillus）真菌，不仅导致果实腐烂变质，还可能产生赭曲霉毒素A（Ochratoxin A, OTA）等次生代谢产物，严重威胁食品安全与人类健康。在众多曲霉中，Aspergillus westerdijkiae 虽不常引起葡萄果实可见腐烂，却是潜在的OTA生产者，其在葡萄及其制品中的污染风险在温暖气候地区尤为突出。目前，人们对葡萄与A. westerdijkiae 互作的分子机制知之甚少，制约了采后病害绿色防控技术的开发。

为解决这一问题，中国农业科学院食品科学技术研究所的胡亚凡、王刚、田晓雨、刘一兵、李伟钊和邢福国研究团队在《Postharvest Biology and Technology》上发表了一项整合转录组与代谢组的研究。该工作通过人工接种模拟采后侵染过程，综合利用双RNA测序（Dual RNA-Seq）和液相色谱-质谱（LC-MS）技术，同步解析了葡萄与病原菌在转录和代谢层面的动态变化，揭示了葡萄抗病应答的关键基因与代谢物网络，并验证了一个影响真菌侵染能力的关键基因功能。

研究采用的关键技术包括：1）以市售“夏黑”葡萄为实验材料，进行体表灭菌和人工接种A. westerdijkiae 分生孢子悬液；2）利用双RNA测序技术同时获取寄主与病原菌的转录组数据，并分别比对至葡萄和真菌的参考基因组；3）基于非靶向代谢组学分析感染组织的代谢物积累变化；4）通过基因敲除和表型验证分析候选基因功能；5）整合多组学数据开展Pearson相关性分析和KEGG富集分析，挖掘基因-代谢物调控网络。

3.1. Transcriptomic response of A. westerdijkiae during infection of V. vinifera

病原菌在葡萄宿主环境中生长受到抑制，菌落直径减小。转录组分析显示，与在PDA培养基上生长相比，侵染过程中真菌的OTA合成基因簇（otaA、otaB、otaC、otaR1和otaD）表达显著下调，其中otaA和otaD分别下调6.08倍和5.9倍。与此同时，多个细胞壁降解酶（CWDEs）基因表达上调，如果胶裂解酶基因（pelA、pelF等）、多聚半乳糖醛酸酶基因（pgxB、pgaI等）和角质酶基因（如AoFc_02366），表明真菌试图通过降解植物细胞壁成分促进定殖。KEGG富集分析提示淀粉与蔗糖代谢、MAPK信号通路和ABC转运蛋白等通路在侵染过程中发生显著改变。

3.2. V. vinifera increased resistance to A. westerdijkiae through cell wall associated immunity genes

葡萄响应真菌侵染表现出强烈的转录重组，共鉴定到3091个上调基因和1829个下调基因。关键抗病相关基因包括：纤维素合成基因CESA9（上调4.8倍）、半纤维素合成相关基因CSLG3和CSLD4、果胶乙酰酯酶基因PAE10和木质素合成通路中的PAL、4CL1、4CL9、CAD1等。这些基因的上调表明葡萄通过增强细胞壁结构和抗穿透能力以抵御病原。此外，MYB和WRKY家族转录因子（如MYB14）表达发生显著变化，暗示其在调控防御信号中起重要作用。KEGG分析显示，谷胱甘肽代谢、内质网蛋白加工、植物-病原互作等通路显著富集。

3.3. DAMs in V. vinifera after infection by A. westerdijkiae

代谢组学分析共鉴定到63种差异积累代谢物（DAMs），其中33种显著上调。这些代谢物可分为氨基酸衍生物（如L-谷氨酸、γ-谷氨酰亮氨酸和显著上调的IDA即trans-3-吲哚丙烯酸）、脂质相关化合物（如花生四烯酸和血栓素B2）、核苷类代谢物（如腺苷）以及酚类化合物（如p-香豆酸和咖啡酸）。IDA的变化最为显著（log?FC = 10.26），提示其在植物—真菌互作中可能具有尚未被认识的功能。

3.4. KEGG analysis of significantly differential metabolites in V. vinifera

差异代谢物主要富集于苯丙烷生物合成、泛醌和其他萜醌生物合成以及酪氨酸代谢通路，但这些变化在统计上未达到显著性水平。

3.5. Correlation analysis between DEGs and DAMs in V. vinifera

Pearson相关性分析揭示了基因与代谢物之间的紧密联系。IDA与多个防御相关基因呈强正相关（|r| > 0.7，p < 10^-6），这些基因包括果胶甲基酯酶抑制因子、酸性内切几丁质酶、PR-10过敏原蛋白和异黄酮还原酶样蛋白等，表明IDA可能通过调节细胞壁修饰和病原相关蛋白表达参与防御调控。

3.6. AoFc_150 plays a role in infection of A. westerdijkiae on grapes

在8个侵染过程中上调的真菌基因中，AoFc_150（注释为β-葡萄糖苷酶基因）的功能验证显示，其敲除突变体在PDA和YES培养基上生长与野生型无差异，产孢和产毒能力也未受影响，但在葡萄侵染早期（2–3天）菌丝生长和孢子形成显著减弱。酶活检测证实突变体的β-葡萄糖苷酶活性下降33.81%，表明该酶在病原早期定殖中发挥关键作用。

研究结论与讨论部分强调，尽管A. westerdijkiae 具有产OTA潜力，但在葡萄宿主环境中其产毒基因表达受到抑制，致病策略可能更依赖于细胞壁降解酶和效应蛋白介导的侵染机制。而葡萄则通过多层次防御策略应对挑战：在结构上强化细胞壁合成与修饰；在代谢上积累抗氧化、抗菌物质（如酚类、谷胱甘肽代谢物）；在调控上依赖MYB、WRKY等转录因子协调免疫信号。特别值得注意的是，代谢物IDA与众多防御基因显著相关，其功能尚未明确，值得深入探索。此外，β-葡萄糖苷酶基因AoFc_150的验证为开发以关键毒力因子为靶点的采后病害控制策略提供了依据。

该研究不仅深化了对葡萄—真菌互作机制的理解，也为减少采后损失、保障葡萄及其制品质量安全提供了多组学视角下的新见解和潜在分子靶标。