《Scientia Horticulturae》：Multi-omics analysis revealed the comprehensive regulatory pattern of chestnut development on pathogenic defense
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本研究针对板栗采后病原侵染导致果实腐烂的产业难题，通过多组学联合分析揭示了发育期板栗通过微生物群落互作、抗氧化物质动态平衡及关键防御基因协同表达构建的内源防御网络。研究发现Alternaria为优势潜伏病原菌，而Methylobacterium可能通过营养竞争抑制其增殖；防御物质呈现多酚类递减与抗氧化酶(SOD/POD/CAT)递增的互补策略；WGCNA筛选出CML、CPK、RPM1等植物-病原互作通路基因及苯丙烷代谢关键基因COMT、POD，为板栗抗病育种提供了新靶点和理论依据。
板栗作为全球广泛栽培的经济树种，其坚果营养丰富且具生态价值，但采后腐烂问题常导致重大经济损失。令人困惑的是，病原菌侵染多在贮藏期爆发，而发育期的板栗却能保持健康状态。这种“潜伏感染”现象暗示板栗在发育过程中存在独特的内源防御机制，然而其分子调控网络至今未被系统揭示。
为解开这一谜题，中国林业科学院森林研究所团队在《Scientia Horticulturae》发表研究，通过对板栗花后10天至90天的苞片、种子、种壳和种仁进行动态采样，整合微生物组、转录组、代谢组及防御物质分析，首次绘制出板栗发育期病原防御的全景调控图谱。
关键技术方法
研究采用时空动态采样设计，涵盖板栗子房膨大期和果实发育成熟期。通过16S/ITS测序解析微生物群落结构，利用HPLC和生化试剂盒定量抗氧化物质（多酚、黄酮、单宁、SOD、POD、CAT），结合RNA-seq筛选差异表达基因，并采用WGCNA构建共表达网络，最后通过结构方程模型（SEM）验证多因子互作关系。
研究结果
3.1 板栗发育过程中微生物群落结构变化
微生物组成分析显示，细菌优势菌门为变形菌门（47.32%–75.69%）和放线菌门（10.31%–31.68%），真菌子囊菌门占比70.69%–84.90%。发育过程中，苞片内Methylobacterium相对丰度上升9.55%，而种仁中Alternaria始终保持高丰度，提示其为主要潜在致病菌。Beta多样性分析表明壳与种子微生物群落沿PCoA轴1（21.41%）显著分离。
3.2 发育期真菌病原菌分析
FUNGuild功能预测发现191个植物病原属，其中苞片与种子共享114个病原属。Alternaria在种仁中相对丰度最高，且发育后期在苞片中下降8.51%，而在种壳中上升2.01%，表明其具备跨组织潜伏能力。
3.3 核心微生物类群与防御物质互作
随机森林和DESeq2分析锁定Methylobacterium、Filobasidium和Alternaria为关键类群。防御物质动态监测显示多酚、黄酮类在种仁中显著下降，而SOD、POD活性在种壳和种仁中分别提升1.8倍和2.3倍。相关性分析揭示Filobasidium与单宁正相关（r=0.62），Methylobacterium与POD活性显著正相关（r=0.58），而Alternaria与多酚含量呈负相关。
3.5-3.6 转录调控网络与关键防御基因
WGCNA筛选出与Alternaria丰度显著相关的floralwhite（r=0.61）和navajowhite2（r=0.60）模块。KEGG富集发现植物-病原互作通路和苯丙烷生物合成通路被激活。核心基因包括钙信号传导相关CPK（钙依赖蛋白激酶）、CML（钙调蛋白类似物），抗病基因RPM1、RPS3，以及苯丙烷途径关键酶COMT（儿茶酚-O-甲基转移酶）和POD。时序表达显示CPK、RPM1在发育早期高表达，而COMT在种仁成熟期下调，与多酚积累趋势一致。
结论与意义
本研究首次揭示板栗通过“微生物-抗氧化-基因”三级防御网络抵抗病原侵染：Methylobacterium可能抑制Alternaria生长；多酚类物质与抗氧化酶形成时空互补防御体系；CPK/CML-RPM1/RPS3信号轴与COMT/POD介导的苯丙烷代谢协同构建分子屏障。该发现不仅解释了板栗发育期“健康潜伏”现象，为采后病害防控提供新策略，更为木本经济作物抗病育种提供了关键靶点（如COMT、CPK），对保障坚果产业可持续发展具有重要理论价值。
