综述：番茄-茄病镰刀菌病害系统的多组学解析：从抗性机制到基于系统学的育种策略，以实现持久控制细菌性枯萎病

《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Multi-omics dissection of the tomato- Ralstonia solanacearum pathosystem: from resistance architecture to systems-guided breeding for durable bacterial wilt control

　　摘要
细菌性萎蔫是番茄（Solanum lycopersicum）的一种重要维管系统疾病，由土壤中的病原体Ralstonia solanacearum引起。由于宿主抗性的多基因特性以及病原体的快速进化，该病给农业生产带来了巨大挑战。本综述整合了2015年至2026年的多组学研究进展，重点关注与培育持久抗性相关的发现。Bwr-12和Bwr-6两大抗性位点在已验证的定量抗性中占比最高，且已被确定为候选的LRR受体样基因，为标记辅助选择提供了可行靶标。这些基因编码能够识别病原体的免疫受体，而R. solanacearum可通过III型效应蛋白主动抑制这一防御机制，这也就解释了为何在田间特定病原菌株作用下抗性会失效。来自不同组学平台的累积证据表明，持久抗性可能是基因组、转录组、蛋白质组、代谢组及表观基因组之间相互关联网络的涌现特性，不过通过多层面同步干扰对这一系统级模型进行直接实验验证仍是该领域的重要任务，而非单一抗性基因的作用结果。本综述阐述了如何将这些认知转化为基于CRISPR/Cas的精准育种技术，以培育出具有持久广谱抗性的番茄及相关维管作物品种。

引言
番茄（Solanum lycopersicum L.）是全球重要的农作物，同时也是茄科植物遗传学和分子植物病理学的研究核心模式物种，因此在番茄抗病性方面的研究成果可广泛应用于马铃薯、辣椒和茄子等相关作物[1]。尽管番茄具有重要的农业价值，但其生产却常常受到多种土壤传播病原体的威胁，而化学防治方法往往效果不佳。其中最主要的病原体就是导致细菌性萎蔫病的Ralstonia solanacearum，它被列为全球最具科学和经济损失意义的细菌性植物病原体之一[2,3]。在高温高湿的适宜条件下，细菌性萎蔫病可导致番茄产量损失达80-100%，严重影响了该病流行地区的番茄生产[3,4]。

该病原体属于R. solanacearum物种复合群（RSSC），这是一类遗传多样性极高的土壤β-变形菌，包括R. solanacearum、R. pseudosolanacearum和R. syzygii[5,6]。RSSC成员可感染50多个植物家族的450多种植物，且具有在土壤、水体及替代宿主体内存活的强大能力，一旦定植便难以根除[6,7]。其广泛的寄主范围加上不同表型和分离株间的巨大基因组差异，使得该病的防治及抗性培育工作更加复杂。

该病的发病过程始于病原体对植物维管系统的利用。R. solanacearum通过根系伤口、侧根萌发处或自然开口侵入植株后，会穿过根皮层进入木质部，并在导管元素内迅速繁殖。细菌生物量及胞外多糖的积累会扰乱水分运输，同时通过III型分泌系统输送的细胞壁降解酶和III型效应蛋白会主动抑制宿主免疫反应，最终导致植株不可逆萎蔫甚至死亡[8]。与主要在地上部分组织中遭遇免疫监视的叶部病原体不同，R. solanacearum需要在根系维管组织中被识别并控制，这就需要多个细胞、分子及调控网络协同发挥免疫作用。因此，其在木质部定植的生活方式为研究定量抗病性如何在高度特化的宿主环境中形成、维持乃至被克服提供了独特模型。

培育持久性的细菌性萎蔫病抗性仍面临极大挑战。抗性主要为定量性状，受多个相互作用的基因位点控制，而非单个显性抗性基因，这使得抗性极易受环境因素影响，且遗传模式十分复杂[3,9]。此外，从Hawaii 7996等优良供体品系获得的抗性往往伴随连锁拖累现象，增加了将其引入优质品种的难度。在当前气候变化背景下，高温环境下抗性效果也可能下降，这也是一个日益重要的问题。最后，RSSC具有极高的基因多样性，针对某一菌株或表型的有效抗性可能对其他菌株作用有限，因此需要具备广谱且持久的抗性机制。

2015年至2026年间，随着高通量多组学技术和精准基因组工程的发展，我们对番茄与R. solanacearum互作的理解取得了显著进展。全基因组测序、全基因组关联分析以及QTL精细定位等技术逐步将主要抗性位点定位到更小的候选区间[[10], [11], [12]]。转录组分析及加权基因共表达网络分析则揭示了在转录水平上调控免疫反应的枢纽基因。蛋白质组学和代谢组学研究阐明了参与维管系统防御的生化机制，而表观基因组学研究则发现了调控免疫激活和胁迫记忆的染色质层面机制。与此同时，基于CRISPR/Cas的技术，如碱基编辑、引物编辑以及易感基因靶向技术，为将机制研究发现转化为作物改良策略提供了直接途径。这些并行发展的技术共同为本文所阐述的系统级整合分析奠定了基础。

尽管取得了这些进展，但我们对细菌性萎蔫病抗性的理解在不同组学领域之间仍存在碎片化现象[13]。遗传学研究已确定了主要抗性位点，转录组分析揭示了广泛的免疫重编程现象，蛋白质组学、代谢组学及表观基因组学研究则发现了更多层次的调控机制。然而，这些分子框架之间如何相互作用以产生持久的定量抗性，目前仍不完全清楚。因此，有必要从系统层面进行评估，找出调控的交汇点，揭示抗性的涌现特性，从而为培育具有气候适应能力的抗病品种提供指导。

近年来已有几篇综述探讨了茄科植物中细菌性萎蔫病抗性的相关内容。Lavale等人从组学角度全面总结了整个茄科家族的分子机制[8]，另有研究概述了诱导防御策略[1]，还有文章介绍了作物层面的抗性培育进展[3]，以及预防和控制策略[？]。不过，这些综述均未将表观基因组学、单细胞转录组学、辅助NLR蛋白生物学、III型效应蛋白介导的免疫抑制以及人工智能辅助的预测模型等最新研究成果整合到一个统一的系统生物学模型中。本文旨在填补三个空白：首先，首次将从抗性位点结构到PTI/ETI信号传导，再到代谢调控和结构维管防御的整个分子过程整合在一个统一的框架中；其次，通过对不同组学平台上的矛盾数据进行批判性分析，找出真正的调控交汇点，而非简单罗列各项研究结果；最后，专门新增了关于III型效应蛋白介导的免疫抑制、根际微生物群的作用、非生物胁迫相互作用以及人工智能引导的预测育种等内容，这些内容远远超出了现有综述的范畴。因此，本文通过提供一个经过批判性分析、注重实际应用的网络级框架，相较于以往研究实现了质的提升，有助于培育具有持久气候适应能力的细菌性萎蔫病抗性品种。

一个尚未解决的核心问题是：定量抗性位点是如何转化为能够有效限制病原体在木质部内繁殖的协调免疫反应的？要回答这一问题，就需要整合从病原体感知与信号传导到代谢重编程及维管系统防御执行等多个生物学层次的信息。对于依赖分子识别和在特化宿主组织中实现空间隔离才能建立抗性的维管系统病原体而言，这样的框架尤为重要。

本文整合了基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表观基因组学及功能基因组学的最新研究成果，构建了一个统一的番茄细菌性萎蔫病抗性分子框架。同时，本文提出持久抗性是基因组、转录组、蛋白质组、代谢组及表观基因组之间相互关联网络的涌现特性，而非单一抗性决定因子的作用结果。通过明确关键的分子交汇点、调控瓶颈以及未来的研究方向，本文为理解和培育针对维管系统病原体的持久抗性提供了系统生物学视角。