通过对比抗病和易感山核桃叶片的代谢组学研究，揭示了其对疮痂病感染的早期防御反应

《BMC Plant Biology》：Comparative metabolomics of resistant and susceptible pecan leaflets uncovers early defense responses to scab infection

　　

摘要

背景

山核桃疮痂病（Venturia effusa）是一种对商业山核桃生产造成严重影响的真菌病害。培育抗病品种仍然是最可持续的策略，但由于对抗病机制的理解有限以及病原体致病型的多样性，这一进程受到了阻碍。目前的抗性表型分析方法依赖于显微镜检测，这种方法劳动强度大，并且由于样本制备和解释的差异性而容易产生不一致的结果。

方法

本研究采用基于代谢组学的途径分析与机器学习相结合的方法，来识别山核桃抗病的早期生物标志物。从山核桃品种“Desirable”中获取了其在接种后0至7天（DPI）内对致病性强（De-Tif-11）和致病性弱（Pa-OK-11）的疮痂病菌株的反应的代谢物谱。首先使用L₁正则化的逻辑回归进行分析，随后通过线性回归确定了具有高敏感性和特异性的潜在标志物化合物，这些化合物能够区分抗病和感病反应。

结果

研究发现了三种主要的防御机制，这些机制区分了抗病和感病反应。在抗病反应中，水杨酸和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A在接种后1-2天迅速上调，表明此时免疫激活被优先考虑而非能量代谢。一旦防御信号被激活，抗病反应在接种后3-4天转向生化防御，通过积累黄酮类物质来限制病原体的生长。而感病反应在整个感染期间表现出延迟且无效的防御反应。

结论

这些结果揭示了激素信号传导和次级代谢在抗病和感病反应中的早期功能变化。所识别的生物标志物可以作为抗性的可靠指标，有助于在山核桃育种项目中实现准确的早期筛选。