利用GC-MS和FTIR分析技术解析两种马铃薯（Solanum tuberosum L.）品种在交链孢菌（Alternaria alternata）侵染及交链孢毒素暴露下的差异代谢重编程

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Differential metabolic reprogramming of two potato (Solanum tuberosum L.) cultivars under Alternaria alternata infection and tenuazonic acid exposure using GC–MS and FTIR analyses

　　

摘要

背景

马铃薯（Solanum tuberosum L.）极易受到Alternaria alternata（链格孢菌）及其植物毒素 tenuazonic acid（TeA，替奥扎酸）的影响，后者会破坏寄主的代谢过程并诱发氧化应激。然而，毒素驱动与病原菌驱动的代谢重编程之间的差异，以及它们对不同品种的响应差异仍不清楚。本研究整合了生化分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、基于气相色谱-质谱联用（GC–MS）的代谢组学以及多变量分析，以表征 Kufri Bahar（KB）和 Kufri Himalini（KH）两个品种的压力响应。

结果

TeA 暴露和病原菌感染均引发了强烈的生化重编程，总酚类和类黄酮含量显著增加，同时抗氧化能力增强（DPPH 和 ABTS assay 中的 IC₅₀ 值降低）。与单独的 TeA 处理相比，病原菌感染始终诱发更强烈的响应。FTIR 分析揭示了处理特异性的生化特征，包括羟基和酚类波段增强、与蛋白质相关的酰胺信号增强以及碳水化合物相关吸收增加，表明存在协同的分子大分子重塑。GC–MS 分析鉴定了 54 种假定注释的挥发性及半挥发性代谢物，主要包括脂肪酸、酚类、醛类、碳氢化合物和含氮化合物，其中病原菌处理样本表现出最大的代谢重编程。多变量分析证实了不同的代谢状态：PCA 解释了总方差的 68.1% 并分离了处理组，而 PLS-DA 实现了稳健的分类（R² = 0.97，Q² = 0.93；p < 0.01）。VIP 分析显示脂质衍生代谢物和含氮代谢物是类别分离的主要贡献者。值得注意的是，KH 在压力下表现出更强的防御相关代谢物积累和更紧密的聚类特征，表明与 KB 相比具有更优的代谢协调能力。

结论

Alternaria alternata 比单独的 TeA 诱发更广泛的代谢重编程。生化分析、FTIR、代谢组学与化学计量学的整合为压力判别提供了稳健的框架。所鉴定的代谢组学特征和化学计量学模型为马铃薯的疾病监测和抗逆筛选提供了有前景的框架。

图形摘要