香蕉抗血病关键防御基因的转录组解析：XET水解酶与受体激酶介导的免疫新机制

本研究针对香蕉血病(BBD)这一毁灭性病害，通过转录组分析揭示了抗病品种'Khai Pra Ta Bong'在接种Ralstonia syzygii subsp. celebesensis(Rsc)后12-24小时内关键防御基因的快速激活机制。研究发现木葡聚糖内转糖基酶/水解酶(XET)、富含甘氨酸蛋白DOT1和受体样激酶(RLKs)等基因显著上调，表明效应子触发免疫(ETI)的早期启动。qRT-PCR验证这些基因在多个抗性品种中特异性表达，为抗病育种提供了分子标记靶点。该研究为香蕉抗病机制解析和分子育种策略制定提供了重要理论依据。

　　

香蕉作为全球最重要的经济作物之一，正面临着香蕉血病（Banana Blood Disease, BBD）的严重威胁。这种由雷尔氏菌亚种（Ralstonia syzygii subsp. celebesensis, Rsc）引起的细菌性病害，会导致香蕉植株萎蔫、内部出现血样变色，最终死亡，造成产区高达100%的产量损失。尽管已发现一些抗病品种，如“Khai Pra Ta Bong”（AAA基因组），但其抗病遗传机制尚不明确。因此，解析抗病分子机制、挖掘关键抗病基因，对培育抗病品种和保障香蕉产业可持续发展具有重要意义。

在此背景下，Thanwanit Thanyasiriwat等研究人员在《BMC Genomics》上发表了一项研究，通过转录组测序技术（RNA-seq）结合定量PCR验证，系统分析了抗病香蕉品种在接种Rsc后的基因表达动态，鉴定出一批与抗病相关的重要基因和通路，为香蕉抗病育种提供了新的靶点和理论依据。

为开展本研究，作者主要采用了以下关键技术方法：利用组织培养技术繁殖抗病品种“Khai Pra Ta Bong”和感病品种“Hin”；采用根部创伤接种法接种Rsc菌株MY4101（浓度10⁸ CFU/mL）；于接种后12小时、1天和7天采集根组织样品；使用RNA-seq技术（Illumina NovaSeq 6000平台）进行转录组测序，并通过DESeq2进行差异表达基因（DEGs）分析；利用GO和KEGG数据库进行功能富集和通路分析；采用qRT-PCR技术在多个抗性及感病香蕉品种中对候选基因进行表达验证。

Disease response of‘Hin’ and‘Khai Pra Ta Bong’ banana cultivars to Ralstonia syzygii subsp. celebesensis(Rsc)

研究首先评价了感病品种“Hin”和抗病品种“Khai Pra Ta Bong”对Rsc的病害反应。结果显示，接种14天后，“Hin”病情严重度指数（DSI）达70%，出现严重萎蔫和 chlorosis症状；而“Khai Pra Ta Bong”在整个接种过程中未出现任何症状，DSI始终为0，表现出完全抗病性。

Differentially expressed genes(DEGs) in‘Khai Pra Ta Bong’banana cultivar in response to Rsc Infection

RNA-seq分析发现，接种后12小时即有28个基因上调和13个基因下调；24小时时上调和下调基因数分别增至221和32个；至7天时仅有6个基因上调和28个基因下调，表明抗病响应主要集中在早期。这一动态变化说明“Khai Pra Ta Bong”在接种后24小时内即启动了强烈的转录重编程。

Gene ontology(GO) enrichment analysis

GO富集分析表明，上调基因显著富集在氮化合物代谢过程、盐胁迫响应、氧化应激响应等生物过程，以及水解酶活性、细胞壁结构组成等分子功能，表明抗病响应涉及代谢调整和细胞壁强化。下调基因则主要与硫酸盐转运、RNA代谢过程等相关，提示植株可能将资源从生长转向防御。

Key immune response processes by DEGs and integration of pathway analysis

研究人员将差异表达基因分为三类关键免疫响应过程：

1. 1.
   病原识别：富含甘氨酸蛋白DOT1（Macma4_11_g22690）和受体样激酶（RLKs）显著上调，表明模式触发免疫（PTI）和效应子触发免疫（ETI）的早期激活。
2. 2.
   信号转导：AP2/ERF转录因子及激素信号通路（如茉莉酸、乙烯和油菜素内酯）在24小时内即被激活，表明抗病信号通路的高效启动。
3. 3.
   病原清除：木葡聚糖内转糖基酶/水解酶（XET）、甘露聚糖内切-1,4-β-甘露糖苷酶和PR8（III类酸性几丁质酶）基因上调，增强了细胞壁修饰和病原细胞壁降解能力。

Gene expression analysis by qRT-PCR

qRT-PCR验证发现，候选基因在多个抗病品种（如“Khai Kasetsart 2”和“Pa Pattalung”）中均呈现早期上调表达，而在感病品种“Hin”中表达模式不一致，表明这些基因可能与品种特异性抗病相关。

研究结论与讨论部分强调，香蕉抗血病性涉及多层次的防御机制，包括早期病原识别、快速信号转导和有效的病原清除。其中，糖基水解酶（如XET）和受体激酶（RLKs）在抗病中的重要作用首次在香蕉–Rsc互作中被揭示。这些基因不仅可作为抗病育种的分子标记，而且其表达模式为理解植物对细菌性病害的抗性机制提供了新视角。该研究的发现对培育抗病香蕉品种、发展可持续香蕉生产策略具有重要应用价值，并为其他作物抗病机制研究提供了借鉴。