《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Comparative metabolomics revealed resistance-related compounds and mycotoxin targets in wheat (Triticum aestivum L.) against Fusarium graminearum using gas chromatography-mass spectrometry
编辑推荐：
•通过非靶向GC-MS分析，发现了与FHB抗性相关的差异代谢物。•α-生育酚和L-抗坏血酸等抗氧化剂的含量存在差异。•在感染48小时后，与霉菌毒素解毒相关的基因表达上升，从而增强了抗性。•在具有抗性的小麦中，48小时时甲基茉莉酸的水平上升，表明防御机制已被激活。•研究发现了氧化还
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通过非靶向GC-MS分析，发现了与FHB抗性相关的差异代谢物。
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α-生育酚和L-抗坏血酸等抗氧化剂的含量存在差异。
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在感染48小时后，与霉菌毒素解毒相关的基因表达上升，从而增强了抗性。
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在具有抗性的小麦中，48小时时甲基茉莉酸的水平上升，表明防御机制已被激活。
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研究发现了氧化还原调节基因在限制毒素积累中的作用。
引言
由真菌病原体Fusarium graminearum引起的赤霉病会因产量下降和谷物品质降低而造成巨大经济损失，甚至导致农产品无法食用。受感染的谷物会含有包括镰刀菌毒素在内的多种霉菌毒素，这些毒素会对人类和牛只的健康造成严重危害（Huang等人，2019）。为应对这种真菌感染，及时识别并激活植物的防御机制至关重要，因为这能够通过调控宿主与病原体之间的相互作用来决定二者之间的博弈结果（Ali等人，2024）。
当宿主的抗性（R）基因与病原体的无毒基因（Avr）之间能够形成互补的基因间相互作用时，就会产生不相容（抗性）的相互作用；而如果二者之间不存在这样的互补作用，就会形成“相容”（易感）的相互作用（Bhosle和Makandar，2021）。抗性（R）基因与无毒基因（Avr）之间的“不相容”相互作用会触发植物的过敏反应和防御信号传导，从而抑制病原体在宿主体内的生长（Balint-Kurti，2019）。尽管已有研究指出小麦与F. graminearum相互作用过程中会产生多种分子物质和代谢物，但我们对与抗性相关的代谢物的了解仍然有限。
代谢组学研究可以通过高通量筛选方法识别与抗性相关的生物标志物代谢物，这种方法的优势在于能够整合不同的遗传背景，从而有助于寻找控制小麦FHB抗性的复杂数量性状基因座（QTLs）（Gauthier等人，2015）。我们推测，通过对未经处理的对照组以及被病原体接种的易感品种和抗性品种进行代谢组学分析，就可以比较小麦在面对F. graminearum时的固有防御反应和诱导防御反应，进而揭示相容与不相容相互作用之间的潜在代谢物差异。
代谢组学已成为一种强大的工具，可用于检测植物代谢过程中的变化，而这些变化对于判断植物在应对各种胁迫条件时的反应结果具有重要意义。在本研究中，我们对被TN01株F. graminearum感染的抗性品种（Nobeoka）和易感品种（Sonalika）进行了代谢组学分析，并将其与未经处理的对照组进行了比较，旨在通过48小时后的非靶向GC-MS分析方法识别与抗性相关的化合物，相关研究结果也在文中进行了展示。
章节要点
植物与真菌培养条件
本研究中使用的两种小麦品系分别为抗FHB的Nobeoka品系（Atanassov等人，1994）和易感FHB的Sonalika品系（Kumar等人，2021），它们均来自印度新德里的国家植物遗传资源局（NBPGR）。小麦种子按照Fatima等人（2024b）的方法进行了表面灭菌处理。这些植株在印度特伦甘纳邦海得拉巴大学的植物培养实验室中培育，该实验室的温度控制在23±2℃，光照时间为16小时，黑暗时间为8小时。
非靶向代谢组学数据分析
为了检测真菌处理所引发的代谢组学变化，我们在感染48小时后对比了被TN01株F. graminearum感染的抗FHB的Nobeoka品系和易感FHB的Sonalika品系的代谢物特征。通过对小麦与F. graminearum相互作用相关的所有代谢物进行全面分析，我们发现了既有的固有代谢物也有因感染而产生的诱导代谢物，相关结果如图S1a中的维恩图所示。此外，我们还对比了未经处理的水处理组与被F. graminearum接种的小麦穗的代谢物情况。
讨论
代谢组学技术已被成功用于检测大麦对抗F. graminearum时的FHB抗性生物标志物代谢物。基于GC-MS的目标代谢组学分析也发现了小麦在接触DON化学物质后所产生的代谢变化（Warth等人，2015）。我们的研究显示，抗性品种（Nobeoka）和易感品种（Sonalika）在面对F. graminearum时表现出不同的代谢组学反应，在这两种小麦与病原体的相互作用过程中都观察到了固有代谢物和诱导代谢物的积累。
结论
综上所述，我们的研究结果表明，所检测到的代谢物及其相关代谢途径很可能参与了抗FHB小麦品系Nobeoka相对于易感品系Sonalika的抗病机制。通过采用主成分分析这一非靶向方法，我们可以根据关键代谢物的浓度来区分不同样本，同时也能识别出与防御反应和疾病发生相关的代谢标志物。
CRediT作者贡献说明
Ragiba Makandar：撰写——审阅与编辑、项目监督、资源提供、实验研究、资金筹集、概念构思。Katkuri Balakrishna：正式分析。Massarat Fatima：撰写——初稿撰写、方法设计、实验研究、正式分析。
利益冲突声明
作者声明自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了以下方面的支持：西班牙科学与技术部（DST）-SERB POWER项目提供的资助，项目编号为SPG/2021/001819，该资助由RM获得。此外，作者还要感谢印度新德里的国家植物遗传资源局（NBPGR）提供的小麦种子，泰米尔纳德邦韦灵顿地区的IARI区域站提供的真菌菌株，以及海得拉巴大学（UoH）的各类研究设施支持，还包括DBT的Eminence Institute（IoE）项目、DBT-BUILDER项目、DBT-PURSE项目、DBT-FIST项目、DBT-CREBB项目，还有UGC的SAP项目、CIL项目以及植物培养相关支持。
Massarat Fatima|Katkuri Balakrishna|Ragiba Makandar
