茶树接种山茶炭疽菌后防御酶与苯丙烷类调控的多组学特征分析

《BMC Plant Biology》：Multi-omics profiling of defense enzymes and phenylpropanoid regulation in Camellia sinensis post-Colletotrichum camelliae inoculation

　　

摘要

背景

由山茶座腔菌引起的茶树炭疽病对茶叶生产造成重大影响。在植物抗病过程中，活性氧（ROS）的积累会导致氧化损伤，而防御酶通过清除 ROS 来增强抗性。现代组学技术可以系统地分析茶树应对病原体感染的基因调控网络和代谢响应机制。

结果

华南农大种质圃的茶树叶片接种了山茶座腔菌，该病原体已通过形态学/分子鉴定进行分离、纯化和确认。优化了该炭疽病病原体的产孢条件，含有 KH?PO?、NaH?PO? 和 NaHCO? 的培养基显示出增强的产孢能力。在炭疽病胁迫下，抗病品种‘水仙 7 号’与感病品种‘岭头单丛’之间的防御酶活性——超氧化物歧化酶、过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶——存在显著差异。虽然两种材料表现出相似的响应趋势，但‘水仙 7 号’显示出更强烈和快速的变化。炭疽病接种后 1 和 5 天（dpi）的代谢组测序显示，与‘岭头单丛’相比，‘水仙 7 号’中有数百种差异代谢物，其中黄酮类占主要成分。具体而言，槲皮素 -3-O-葡萄糖苷、槲皮素、山奈酚 -3-O-半乳糖苷和槲皮素 -3-O-槐糖苷显著上调，而东莨菪素、木犀草素、芹菜素 -7-O-新橙皮苷和芹菜素 -6-C-葡萄糖苷下调。体外抗真菌实验证实，在等效浓度下，槲皮素在测试的八种代谢物中对山茶座腔菌表现出最强的抑制作用。对感染五个时间点进行 RNA-Seq 分析，鉴定出主要富集于代谢途径和植物 - 病原体相互作用的差异基因。分析建立了生物胁迫期间防御酶与活性氧之间的关键联系。从茶树基因组中鉴定出七个 Rboh 基因，生物信息学表征显示 CsRbohC 在转录组数据中高表达。

结论

基于对接种山茶座腔菌的抗病‘水仙 7 号’和感病‘岭头单丛’茶树材料的实验结果，观察到防御酶活性和代谢组谱存在显著差异，其中黄酮类代谢物在‘水仙 7 号’中显著富集；转录组分析进一步揭示了植物 - 病原体相互作用途径的关键富集。此外，对 CsRboh 基因家族的生物信息学筛选突出了 CsRbohC 作为生物胁迫期间的高表达调节因子。

图文摘要