《International Journal of Molecular Sciences》：Arbuscular Mycorrhizal Fungi Modulate the Temporal Defense Response of Passiflora edulis to Fusarium oxysporum
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丛枝菌根真菌（AMF）可调节植物对土传病原菌的响应，但其在百香果中相互作用的分子机制尚不明确。本研究调查了接种AMF Gigaspora albida 和 Entrophospora etunicata 的百香果（Passiflora edulis）在随后受到
丛枝菌根真菌（AMF）可调节植物对土传病原菌的响应，但其在百香果中相互作用的分子机制尚不明确。本研究调查了接种AMF Gigaspora albida 和 Entrophospora etunicata 的百香果（Passiflora edulis）在随后受到尖孢镰刀菌百香果专化型（Fusarium oxysporum f. sp. passiflorae, FoP）和/或镰刀菌酸（FA）胁迫时的时序性防御反应。研究人员评估了植物生长、菌根定殖率以及五个防御与信号转导相关基因（PePR-1、PePR-12、PeSERK1、PeLecRK 和 PeWRKY）的表达情况。AMF接种显著促进了营养生长，增加了株高、叶片数和茎粗。基因表达呈现出明显的时间依赖性响应：在胁迫诱导后24小时，大多数候选基因表达下调；而在七天后，PePR-12、PeSERK1、PeLecRK 和 PeWRKY 在多数处理中被诱导上调。值得注意的是，PeWRKY 在第七天所有处理中均被诱导，且在受FoP胁迫的植株中表达量特别高。菌根强度和丛枝强度在24小时与 PePR-12 表达呈强正相关，而在第七天，PeLecRK 表达与 PeSERK1、PeWRKY 和 PePR-12 呈强相关。这些结果揭示了百香果防御相关基因表达存在动态的时序性重编程，并表明AMF定殖与对FoP分子响应的调控有关。所鉴定的基因为进一步功能研究百香果中菌根介导的防御反应提供了候选靶点。
研究背景与科学问题
百香果（Passiflora edulis Sims）是一种重要的热带经济水果作物，其果实广泛用于鲜食和果汁加工。然而，由尖孢镰刀菌百香果专化型（Fusarium oxysporum f. sp. passiflorae, FoP）引起的枯萎病是限制其产量和种植年限的主要土传病害。该病原菌侵染维管束导致功能紊乱，引发黄叶、萎蔫乃至整株死亡，而有效的化学防治手段匮乏，且商业品种普遍感病。此外，病原菌产生的非寄主特异性毒素——镰刀菌酸（fusaric acid, FA）也被证实是重要的毒力因子，能加剧氧化胁迫和细胞损伤。因此，探索可持续的生物防治策略至关重要。
丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）能与植物根系建立互惠共生关系，改善植物营养和生长，并能通过一种称为“菌根诱导抗性”（mycorrhiza-induced resistance, MIR）的机制调节植物的防御状态。已有研究表明，AMF定殖会重新配置宿主的信号网络，而非简单地持续激活防御。然而，在百香果中，AMF预定殖如何影响其对FoP及FA胁迫的时序性分子防御反应，特别是涉及病原感知、信号转导、转录调控和下游效应等不同层次的协同变化，仍不清楚。为此，研究人员提出假设：AMF预定殖能够重编程百香果对FoP和FA的时序性防御反应。
研究方法概述
为验证上述假设，研究人员在巴西Embrapa Semiárido的温室条件下开展了实验。供试土壤为经高压灭菌的黄红壤与蛭石混合物。将百香果幼苗移栽至盆中，其中一半植株接种混合AMF菌剂（Gigaspora albida 和 Entrophospora etunicata）。在AMF接种70天后，通过茎基部注射法对植株进行挑战接种，设置了包含FoP孢子悬浮液（2×106 孢子/mL）、FA溶液（400 μM）及其组合的八个处理组。分别在挑战接种后24小时和7天两个时间点采集根部样品。利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术，检测了五个代表不同防御层次的基因表达水平：受体类激酶 PeSERK1 和 PeLecRK、转录因子 PeWRKY 以及病程相关蛋白 PePR-1 和 PePR-12。同时评估了植株生长参数和菌根定殖率，并使用相关性矩阵分析了菌根参数与基因表达的关系。
研究结果
2.1. AMF接种促进百香果的营养生长
通过测量株高、叶片数和茎粗发现，与未接种AMF的植株相比，接种AMF的百香果幼苗在多个时间点表现出显著的生长优势。从接种后30天起，株高即有显著差异；而叶片数和茎粗的显著差异则从45天后开始显现。
2.2. AMF接种导致更高的根系定殖率和丛枝形成
实验结束时对根系染色观察发现，虽然部分未接种处理也检测到少量真菌结构，但只有AMF接种处理的根系中出现了明显的丛枝结构，其丛枝频率（a）超过10%。这表明接种成功建立了功能性共生关系，而对照组的微弱信号可能源于交叉污染。
2.3. 防御相关基因表达呈现显著的时间转变
基因表达谱在24小时和7天两个时间点截然不同。在挑战接种后24小时，多数基因表达以下调为主，如 PePR-12 和 PeWRKY 在多个处理中显著下调，而 PePR-1 仅在FA处理中下调。相反，在挑战接种后7天，防御基因普遍被激活。PePR-12、PeSERK1 和 PeLecRK 在多个处理中显著上调。尤为突出的是，PeWRKY 在所有处理中均被显著诱导，尤其在涉及FoP的处理中，其相对表达量高达对照的150倍以上，而在单独FA处理中也达到约15倍。
2.4. AMF定殖与防御基因表达的相关性在不同评价时间点存在差异
相关性分析显示，24小时时，菌根强度（M）和丛枝强度（A）与 PePR-12 表达呈强正相关，而与 PeWRKY 呈弱负相关。到了7天时，相关性模式发生转变：PeWRKY 与菌根强度的相关性变为弱正相关；而 PeLecRK 与 PeSERK1、PeWRKY 和 PePR-12 之间呈现出强正相关，表明这些代表不同防御层次的基因在后期表现出更强的协调性。
总结与讨论
本研究的讨论部分指出，AMF预定殖并未导致防御基因的持续高表达，而是引起了时序性的重编程。早期（24小时）的转录抑制可能是一个整合来自共生体（AMF）和胁迫源（FoP/FA）信号的调节阶段，这符合MIR的概念。后期（7天）的广泛激活，尤其是 PeWRKY 的强烈响应，表明其在整合多种病原相关信号中发挥核心作用。PeSERK1 和 PeLecRK 等受体相关基因在后期表达增强并与 PeWRKY 和 PePR-12 高度相关，暗示防御网络在后期趋于协调。相比之下，PePR-1 的反应较为有限，说明并非所有PR基因都被统一激活。研究人员强调，这些发现揭示了AMF介导的百香果防御反应是动态的，而非简单的组成性增强。
研究结论
本研究证明，接种AMF Gigaspora albida 和 Entrophospora etunicata 能促进百香果的营养生长，并与对FoP和/或FA胁迫的时序性防御转录反应相关联。在24小时，基因表达以下调或受限为主；而在7天时，PeWRKY、PeSERK1、PeLecRK 和 PePR-12 等基因被更广泛地激活。FoP处理中 PeWRKY 的显著诱导凸显了其在后期防御反应中的潜在作用。此外，两个时间点不同的相关性模式表明，菌根定殖与防御基因表达之间的关系发生了时间性转变，在7天时受体相关、调控和下游防御基因之间表现出更强的协调性。这些发现与AMF调节植物防御信号的假说相符，并为百香果应对FoP和FA的分子响应提供了见解。然而，这些转录变化是否能转化为对枯萎病抗性的增强，仍需通过直接的病害评估来确认。总体而言，本研究为进一步探索AMF在百香果枯萎病可持续管理中的应用奠定了基础。
