茄子MAPK家族全基因组鉴定与转录组分析揭示其响应灰霉病菌的采后抗病分子机制

本综述系统阐述了茄子（Solanum melongena）MAPK（Mitogen-Activated Protein Kinase）信号通路家族的全基因组鉴定及在灰霉病菌（Botrytis cinerea）侵染下的转录调控机制。研究鉴定出117个MAP3Ks、5个MAP2Ks和16个MAPKs成员，通过系统发育、共线性及顺式作用元件分析揭示其进化保守性与应激响应潜能。转录组数据表明SmMAP3K38可能作为负向调控因子参与抗病过程，为茄子采后病害防治提供了关键分子靶点（如MAPK cascade、PTI/ETI免疫机制）及潜在遗传改良策略。

引言

茄子（Solanum melongena）作为全球广泛种植的重要蔬菜作物，在采后常因灰霉病菌（Botrytis cinerea）侵染导致严重的灰霉病，造成巨大经济损失。丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK）级联通路在植物生长、发育及免疫响应中发挥关键作用，但其在茄子中的功能研究尚不充分。本研究基于最新基因组数据，对茄子MAPK家族进行全基因组鉴定，并结合转录组分析探索其在灰霉病抗性中的分子机制。

茄子MAPK家族的鉴定与系统发育分析

通过本地BLAST程序从茄子基因组中鉴定出117个MAP3Ks、5个MAP2Ks和16个MAPKs基因。所有蛋白均包含典型的MAPK结构域。理化性质分析显示，SmMAP3K5（1798个氨基酸）为最大蛋白，SmMAP3K86（283个氨基酸）为最小蛋白。系统发育分析表明，茄子MAP2Ks与番茄和拟南芥同源，可分为4个进化群（Group I-IV）；MAPKs根据保守结构域TYE和TDY分为两类；MAP3Ks则分为MEKK、ZIK和Raf三个亚家族，其中Raf亚家族成员数量最多。

染色体分布与基因结构

138个MAPK家族基因分布于除3号和9号染色体外的所有染色体上。MAP2Ks主要集中于3号和12号染色体，MAP3Ks成员在染色体上呈明显簇状分布。基因结构分析显示，大多数MAPK基因含有一个或多个内含子，少数基因仅由完整CDS构成。蛋白结构域分析进一步验证了这些蛋白的准确性：SmMAPKs包含STKc_TEY_MAPK或STKc_TDY_MAPK结构域，SmMAP2Ks具有PKc_MAPKK_plant_like结构域，SmMAP3Ks则含有STKc_MAPKKK、STKc_MEKK1_plant或STKc_MAP3K_like结构域。

顺式作用元件与共线性分析

启动子序列分析发现，所有MAPK基因均含有光响应、激素响应及防御与应激响应相关的顺式作用元件，提示这些基因可能参与茄子生长发育及逆境响应过程。共线性分析显示，茄子MAPK家族内部存在50对共线性基因对，表明种内复制事件；与拟南芥和番茄的比较分别发现94和156对共线性基因，支持种间复制事件在进化中的作用。

转录组分析响应灰霉病菌侵染

通过转录组测序技术分析灰霉病菌感染后茄子果实的基因表达变化，共鉴定到10496个差异表达基因（DEGs），其中5531个下调，4965个上调。KEGG富集分析显示，236个DEGs富集于MAPK信号通路-植物条目，表明MAPK通路在茄子响应灰霉病菌中起重要作用。对MAPK家族成员的表达分析发现，多数基因表达上调，部分基因表达下调，26个基因因表达量过低或无数据。通过qPCR验证了转录组数据的可靠性，其中SmMAP2K2、SmMAP2K4、SmMAPK2、SmMAPK8、SmMAP3K29和SmMAP3K38的表达变化最为显著。

SmMAP3K38的功能验证

SmMAP3K38作为表达下调最显著的MAP3K成员，与番茄SlMAP3K18在系统发育和基因结构上高度相似。通过在本氏烟（Nicotiana benthamiana）中瞬时过表达SmMAP3K38-EGFP并接种灰霉病菌孢子悬浮液，发现过表达SmMAP3K38的叶片病斑直径显著大于对照（EGFP），证明SmMAP3K38作为负调控因子抑制茄子对灰霉病菌的免疫响应。

讨论

本研究首次在茄子中系统鉴定了MAPK家族成员，揭示了其染色体分布、进化关系及表达模式。MAPK级联通路通过参与模式触发免疫（PTI）和效应子触发免疫（ETI）过程，在植物防御中发挥核心作用。SmMAP3K38的负调控功能与番茄同源基因SlMAP3K18类似，但表达调控机制存在物种特异性差异。MAPK家族成员可能通过调控水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）等激素信号通路及细胞壁强化相关基因表达，协同增强茄子抗病性。

方法

实验材料为采后茄子果实及实验室保存的灰霉病菌株。通过本地BLAST、系统发育分析、染色体定位、基因结构及顺式作用元件分析完成生物信息学鉴定。转录组测序采用Illumina平台，差异表达分析使用DESeq2。qPCR以SmACTIN为内参基因进行验证。功能实验通过农杆菌介导的瞬时表达在本氏烟中进行。

结论

本研究为茄子MAPK家族提供了全面的基因组和转录组资源，揭示了SmMAP3K38在灰霉病抗性中的负调控作用，为茄子采后病害的遗传改良和绿色防控提供了重要靶点。未来需通过基因编辑、蛋白互作及代谢组学等技术进一步解析MAPK通路的分子机制。