《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Untargeted LC–MS metabolomics reveals cultivar-dependent metabolic trajectories in banana roots following
Fusarium oxysporum f. sp. cubense inoculation
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摘要香蕉的枯萎病抗性伴随着品种间不同的早期代谢响应，但这些差异尚不明确。本研究比较了先前被归类为抗性的巨香大蕉（Giant Cavendish）和马托克（Matoke）与感病的苏卡里恩迪齐（Sukari Ndizi）在接种古巴立枯丝核菌（Fusarium oxysporum
摘要 香蕉的枯萎病抗性伴随着品种间不同的早期代谢响应，但这些差异尚不明确。本研究比较了先前被归类为抗性的巨香大蕉（Giant Cavendish）和马托克（Matoke）与感病的苏卡里恩迪齐（Sukari Ndizi）在接种古巴立枯丝核菌（Fusarium oxysporum f. sp. cubense）谱系VI后0至96小时内的根系代谢轨迹。非靶向液相色谱-质谱（LC-MS）分析涵盖了五个采样时间点，每个品种-时间点组合设有三个独立的混合生物学重复。采用析因模型、全局置换检验以及与各品种接种前基线的对比来评估品种依赖性时间变化。两个抗性品种呈现不同的轨迹：巨香大蕉在24小时主要表现为特征丰度降低，随后在48小时和96小时则主要表现为丰度升高；而马托克在96小时表现出广泛降低。苏卡里恩迪齐在96小时也表现出特征丰度的广泛降低。特定特征为品种特异性轨迹提供了生化背景：谷氨酰胺在巨香大蕉24小时均值最高，角茴香酸在马托克48小时最高，而苹果酸和一种氧化脂质类特征在苏卡里恩迪齐48小时最高。品种×时间交互作用分别解释了负离子模式和正离子模式中总标度变异的31.01%和33.27%。通路分析未获得校正后显著的富集结果。这些发现表明，相同的抗性分类可能涵盖不同的早期代谢轨迹，并识别出可用于功能研究的品种-时间特异性生化候选分子。
引言 香蕉（Musa spp.）是重要的热带食品和收入作物，但其生产日益受到由土传真菌古巴立枯丝核菌（Fusarium oxysporum f. sp. cubense，Foc）引起的枯萎病（泛美病害）的威胁[1]。该病原菌侵入根系、定殖维管组织并破坏水和营养物质的运输。其在土壤中的持久性以及常规防治手段的有限效果，使得寄主抗性成为持久病害防控的核心。
枯萎病抗性涉及协调的细胞、转录和代谢响应。代谢谱可以揭示品种间的组成性差异以及早期根-病原互作过程中的变化。香蕉研究已记录到Foc感染期间代谢物、防御相关基因及寄主-病原转录的基因型依赖性调控[2]，[3]。因此，生物学问题不仅在于抗性品种是否积累更多代谢物，还在于其起始化学组成及后续轨迹如何与其他抗性和感病背景相异。
巨香大蕉和马托克提供了有用的比较，因为它们共享AAA基因组设计，但属于不同的品种亚组。Cavendish包括甜点香蕉，而东非高地香蕉（包括烹饪用的马托克类型）形成不同的AAA背景[4]，[5]，[6]。苏卡里恩迪齐是一种东非AAB甜点香蕉[7]。因此，该比较既包括AAA内部的差异，也包括基因组设计与烹饪或甜点用途所描述的遗传和农艺背景的感病AAB背景。
已发表的东非筛选研究区分了Foc 1号菌株接种下抗性的马托克种质和感病的苏卡里恩迪齐[8]。抗性分类适用于特定的品种-病原组合，如研究不同香蕉品种对Foc菌株或谱系敏感性的调查结果所示。
非靶向液相色谱-质谱（LC-MS）提供了一种将这些品种背景与生化变化的时机和方向联系起来的方法。番茄、马铃薯和小麦病原系统中也有类似的时间和基因型依赖性重构报告[9]，[10]，[11]，[12]。本文通过全局谱系确定轨迹是否不同，品种内对比区分相对于各起始状态的变化，并借助经过筛选的特征提供生化背景。正离子和负离子数据覆盖互补的化学空间并独立分析。代谢物注释和置信度评估遵循已建立的代谢组学报告标准[13]。
本研究比较了被归类为抗性品种、抗本研究Foc谱系VI分离株的巨香大蕉（GC）和马托克（MT），以及感病品种苏卡里恩迪齐（SB）。我们假设两个抗性品种会表现出不同的早期根系代谢轨迹，且与SB的比较有助于区分共享的响应模式与分别关联两种抗性背景的模式。研究目标包括：刻画0至96小时内品种依赖性代谢组织、比较各品种接种前基线变化的广度和幅度，并鉴定可连接这些轨迹与已知生物过程的化学支持候选分子。品种×时间模型评估了GC、MT和SB之间时间轮廓的差异，为描述两个抗性品种对比轨迹提供了整体框架。与各品种接种前基线的比较刻画了接种后96小时内根系代谢变化的时机和方向。
章节摘要 植物材料、实验设计与接种 本研究使用三种对Foc谱系VI反应不同的香蕉（Musa spp.）品种：先前被归类为抗性的巨香大蕉（GC）和马托克（MT），以及被归类为感病的苏卡里恩迪齐（SB）[14]。硬化脱毒组培苗由JKUAT Enterprises提供。微繁殖苗在温室条件下硬化，并在含高压灭菌的清洗河沙、椰糠和充分分解的厩肥的灭菌基质中驯化
代谢组学数据集概览 用于分析的数据集由香蕉根系样品在负离子和正离子模式下产生的10,400个LC-MS特征组成。负离子模式贡献3,629个特征，正离子模式贡献6,771个特征。实验设计在离子化模式间平衡，每个品种×时间组合设三个生物学重复。GC、MT和SB均在接种后0、24、48、72和96小时各有代表，每个时间点和模式下n = 3。
负离子模式包含1,899个特征和
共享抗性分类但代谢轨迹不同 核心结果是在统计支持的三品种交互作用下，GC和MT在代谢变化的时机和方向上呈现对比模式，突出了共享抗Foc谱系VI抗性的品种间早期根系响应的差异。
GC从24小时早期以降低为主转变为48小时和96小时以较高丰度成分为主。MT则在96小时表现出广泛降低。它们的分歧在统计上是描述性的
结论 巨香大蕉和马托克共享本研究Foc谱系VI分离株的抗性分类，但表现出不同的早期根系代谢轨迹。GC从早期以降低为主转变为后期升高，而MT在96小时表现出广泛降低。感病的苏卡里恩迪齐在96小时也表现出广泛降低，并在48小时出现苹果酸和氧化脂质类峰值。因此，不仅后期共同响应方向或代谢响应的存在本身
CRediT作者贡献声明 Jackson Kenya Njoka Mutembei： 方法论，调查。Goutham Padmakumar Sarala： 方法论，调查，数据整理。Moses K. Langat： 方法论，调查。Robert Morwani Gesimba： 指导，项目管理，资金获取。Sundy Akello Otieno： 项目管理。Mike Ambasa： 方法论，调查。Magrate Kaigongi： 方法论，调查。Reuben Kimenji Mwangi： 方法论，调查
数据可用性 支持本研究的分析数据集和材料已存入Zenodo：Otieno, S. A., Gesimba, R. M., Langat, M. K., Sarala, G. P., Mutembei, J. K. N., Mwangi, R. K., Kaigongi, M., and Ambasa, M. (2026)，早期香蕉-古巴立枯丝核菌互作的非靶向LC-MS谱分析源数据、统计输出和通路分析溯源，版本1.0，
https://doi.org/10.5281/zenodo.21806228 。该记录包含源真值工作簿、标准样品
伦理与许可 本研究未涉及人类受试者或实验动物。更广泛的博士研究在肯尼亚国家科学技术与创新委员会研究许可证NACOSTI/P/23/24907下开展（2023年4月5日签发；有效期至2024年4月5日）。苗木由JKUAT Enterprise提供。
稿件准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明 在准备本工作过程中，作者使用OpenAI改善语言清晰度、语法和稿件结构，并协助可重复的代码和基于数据的可视化。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。
资助 本工作由Egerton University 授予的博士学位奖学金和可持续农业与农商管理 中心（CESAAM ）世界银行 项目贷款编号5798-KE资助。
竞争利益声明 ? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
Sundy Akello Otieno|Robert Morwani Gesimba|Moses K. Langat|Goutham Padmakumar Sarala|Jackson Kenya Njoka Mutembei|Reuben Kimenji Mwangi|Magrate Kaigongi|Mike Ambasa
作物、园艺与土壤系，Egerton University，P.O. Box 536-20115，Egerton，肯尼亚
