《Plant Physiology and Biochemistry》：Genome-wide Identification of the Phospholipase Gene Family in
Panax notoginseng and Functional Analysis of
PnPLA1-8 Response to
Fusarium oxysporum Infection
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本研究针对三七易感根腐病严重影响产量和品质的产业难题，开展了全基因组范围内磷脂酶基因家族的鉴定与功能分析。研究人员鉴定出72个PnPL基因，发现PnPLA1-8在根腐病进程中持续上调，通过RNA干扰和异源过表达实验证实该基因通过调控茉莉酸（JA）通路增强对尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）的抗性。该研究为解析三七抗病机制提供了新靶点，对作物抗病育种具有重要理论价值。
作为中国传统名贵中药材，三七在心血管疾病治疗中具有重要地位，但其栽培过程中极易遭受根腐病的侵袭，严重制约产业发展。尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）是引起三七根腐病的主要病原真菌，目前尚未发现野生抗病种质资源，使得抗病基因挖掘与机制解析尤为迫切。磷脂酶（Phospholipase, PL）作为植物免疫反应的关键参与者，能够通过水解膜磷脂释放游离脂肪酸（Free Fatty Acids, FFA）及信号脂质，激活下游防御信号通路。然而，三七磷脂酶基因家族的系统鉴定及其在抗病中的作用机制尚不明确。
为解析三七磷脂酶基因家族的组成及其在根腐病抗性中的作用，云南农业大学研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了最新研究成果。研究人员通过全基因组鉴定、转录组分析、代谢物检测以及基因功能验证等多层次实验，揭示了磷脂酶基因PnPLA1-8通过调控α-亚麻酸代谢与茉莉酸（Jasmonic Acid, JA）信号通路增强三七对尖孢镰刀菌的抗性。
研究主要采用了以下关键技术方法：基于隐马尔可夫模型（HMM）的全基因组家族鉴定、转录组与qRT-PCR表达分析、游离脂肪酸与植物激素含量测定、RNA干扰（RNAi）介导的基因沉默以及烟草异源过表达体系。实验样本包括健康与感病三七植株的根组织，按病害严重程度分为CK（健康）、RⅠ（根腐面积10%-40%）和RⅡ（根腐面积50%-70%）三个等级。
3.1. PnPL基因家族的鉴定与理化特性分析
研究共鉴定出72个PnPL基因，包括48个PnPLA基因、9个PnPLC基因和15个PnPLD基因。染色体定位显示PnPLA基因呈簇状分布，而PnPLC和PnPLD基因分布较为分散。蛋白理化性质分析表明，PnPLA亚家族成员具有更高的结构稳定性，其中62.5%的蛋白为稳定蛋白。亚细胞定位预测显示PnPLA蛋白主要分布于细胞质、质膜和线粒体等部位。
3.2. PnPL蛋白保守基序与基因结构分析
系统进化分析将PnPL蛋白划分为五个进化枝，其中Clade I–III属于PnPLA超家族。保守基序分析发现各亚家族具有独特的基序组成，如PnPLA1亚家族所有成员均含有 motif 7。基因结构分析显示PnPLA1亚家族部分基因（如PnPLA1-8）为无内含子的单外显子结构，而PnPLD亚家族结构最为复杂，最多包含21个外显子。
3.3. PnPL基因顺式作用元件分析
启动子区域（翻译起始位点上游2000 bp）分析发现，72个PnPL基因均含有光响应元件，58个基因含有茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件。PnPLA1-8启动子区含有8个MeJA响应元件，表明该基因可能受JA信号通路调控。此外，启动子中还富集了脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）等激素响应元件以及低温、干旱等逆境响应元件。
3.4. PnPL基因在健康与感病植株及不同组织中的表达分析
转录组分析发现13个差异表达基因，其中11个属于PnPLA超家族。qRT-PCR验证显示PnPLA1-8随根腐病加重持续上调，在RⅡ阶段表达量最高。组织特异性表达分析表明PnPLA1-8在须根和叶片中表达最为显著，这与须根作为病原菌侵染前沿的位置特征相符。
3.5. 健康与感病植株中FFA和防御相关植物激素的积累
代谢组学分析发现，感病植株中多不饱和脂肪酸（PUFA）含量显著升高，其中α-亚麻酸和亚油酸在RⅡ阶段积累最为明显。植物激素检测显示JA在根腐病进程中持续积累，而ABA在RⅠ阶段快速升高，SA和ETH在RⅡ阶段显著诱导，表明三七通过多种激素协同调控根腐病抗性。
3.6. PnPLA1-8在三七叶片RNAi和烟草过表达中的功能分析
功能验证表明，PnPLA1-8沉默显著增加三七叶片对尖孢镰刀菌的感病性，病斑面积扩大约2.5倍，且JA生物合成通路基因（PnLOX、PnAOS等）表达显著下调。相反，在烟草中异源过表达PnPLA1-8可显著增强对尖孢镰刀菌的抗性，病斑面积减少约50%-70%。
研究结论表明，PnPLA1-8通过调控α-亚麻酸释放和JA信号通路激活，在三七抵御尖孢镰刀菌侵染过程中发挥关键作用。该研究不仅首次完成了三七磷脂酶基因家族的系统鉴定，还为解析三七抗病机制提供了新视角，为后续抗病育种奠定了理论基础。值得注意的是，由于三七遗传转化体系尚不成熟，研究采用烟草异源表达和叶片瞬时沉默策略进行功能验证，为难以进行遗传操作的药用植物提供了可借鉴的研究范式。
