综合组织病理学和转录组学分析揭示了在缺硼条件下，“金黄”芒果中由木质素介导的水泡病的发病机制

芒果“金煌”品种溃疡病的分子机制与田间治理研究。通过组织病理学与多组学整合分析，发现病害特征为木质素异常积累和细胞壁结构破坏，其主因是硼元素缺乏。构建了硼转运、细胞壁代谢及木质素合成的调控网络，证实喷施硼酸和氯化钙可使病害发生率分别降低87.70%、31.78%和64.34%，同时提升可滴定酸和维生素C含量。

　　

张月星|鲜玉清|陈水泉|吴思涛|舒明阳|高海清|黄星|文慧宝|何新华|罗聪

中国广西大学农学院，亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，农业环境与农产品安全广西重点实验室，实验植物科学教育国家示范基地，南宁，广西530004

摘要

芒果（Mangifera indica L.）的种植是热带和亚热带地区减少贫困和振兴农村的关键驱动力。然而，芒果产业的可持续发展受到“金黄”（JH）芒果水泡病的严重威胁。该病严重影响了果实的外观品质，并加剧了芒果采后病害的发生。为了阐明其病因，本研究采用了组织病理学和多组学方法进行了综合研究。与健康组织相比，患病果皮表现出明显的活性氧（ROS）积累、硼（B）含量显著降低以及木质素水平升高。组织化学染色和扫描电子显微镜进一步显示了异常的木质化模式和受损的细胞壁完整性。对健康（CK）、轻度病变（BQ）和重度病变（BZ）果皮组织的转录组分析发现了6143个差异表达基因（DEGs），其中包括在所有比较中都一致失调的235个基因。富集分析表明，苯丙素生物合成途径和植物激素信号转导参与了对该病害的防御反应。构建了一个核心调控网络，其中包含参与硼运输、细胞壁代谢、木质素生物合成以及与应激相关的转录因子，这些因子可能负责防御反应。结果表明，木质素过度积累是水泡病的特征，并提示硼稳态是一个有前景的治疗靶点。在田间单独或联合使用H₃BO₃和CaCl₂后，水泡病的发病率分别降低了87.70%、31.78%和64.34%，同时可滴定酸和抗坏血酸的含量也有所增加。本研究为水泡病的管理提供了实用策略。

引言

芒果（Mangifera indica L.）被誉为“热带水果之王”，是全球五大主要商业水果之一，也是推动中国热带和亚热带地区农村振兴的特色优质农产品（Guo et al., 2024b, Shan et al., 2025）。据统计，中国种植了约600万亩（约40万公顷）芒果园，年产量达到500万吨，使中国成为世界第二大芒果生产国，并保持领先的生产能力（Guo et al., 2024b, Shan et al., 2025）。“金黄”（JH）芒果是中国主要种植的芒果品种，其种植面积占总芒果种植面积的约14%，为产业援助政策的实施提供了有力支持。这种品种以其无纤维的果肉、较大的果形、高产量和市场稳定性而闻名，但由于生理性水泡病的存在而面临重大挑战。在病害初期，芒果果实的中上表皮会出现小的、变色的斑点。随着病害的发展，这些病变逐渐发展成果实表面的颗粒状突起。在晚期阶段，这些水泡状结构破裂，导致开放性伤口并伴有粘稠的胶状分泌物。结构完整性的受损降低了芒果的采后品质和商业价值（图1）。值得注意的是，这种病害具有品种特异性，主要影响“金黄”芒果，而其他商业品种则不受影响。Hua等人（2013）的气候分析表明，海南省的水泡病发生率与高温和高湿度有关。全面的病原体筛查结果为阴性，受影响的果实正常成熟且没有微生物腐烂，表明其病因是非病理性的生理因素。矿物分析显示，该病与硼（B）缺乏密切相关——患病果实的硼含量低于对照组（Liu, 2011），随后是磷（P）和氮（N）的失衡。

硼（B）是维管植物必需的微量营养素（González-Fontes and Fujiwara, 2020, Wimmer et al., 2020, Lilay et al., 2024），对细胞壁的生物合成、伸长和分裂起着关键作用。其主要机制是通过交联鼠李糖半乳聚糖II（RG-II）果胶多糖来维持结构完整性（O’Neill et al., 2001, Chormova and Fry, 2016）。硼缺乏会破坏这一过程，导致细胞壁结构异常、塑性降低和机械强度减弱，从而阻碍细胞伸长（Mesquita et al., 2016, Wu et al., 2017）。硼通过与糖蛋白和糖脂的结构整合来稳定膜功能，形成维持双层膜完整性的膜相关复合物（Wimmer et al., 2009, Bola?os et al., 2023）。硼在膜协调中的双重作用突显了其在植物发育和应激适应中的系统重要性（Diehn et al., 2019）。此外，在硼缺乏条件下，活性氧（ROS）的积累会加速根膜过氧化，导致根细胞活力下降和细胞破裂（Zhang et al., 2017b, Wu et al., 2020）。越来越多的证据表明，硼在维持植物细胞壁完整性方面起着关键作用，缺乏硼会导致通过增加酚类物质进一步形成木质素，从而影响细胞的结构和代谢变化（Xie, 2014, Wu et al., 2020）。硼缺乏引起的酚类化合物积累不足被认为是细胞膜结构和功能受损的主要原因（Cakmak and R?mheld, 1997, Hamberger et al., 2006, Maeda and Dudareva, 2012）。Cheng等人（2022）的研究表明，适当提高pH值可以加速根系对硼的重新分配，促进根系的正常生长，减少木质素和纤维素的含量，并促进硼在植物体内的循环，从而促进植物生长。当植物硼浓度异常时，会出现一系列症状（Alves et al., 2011, Zhou et al., 2017, Poza-Viejo et al., 2018, Song et al., 2021, Liu et al., 2024c）。

目前的观点认为，植物通过复杂的运输机制维持硼的稳态，这些机制包括被动扩散和通道介导的过程。这一调控网络的核心是主要内在蛋白（MIP）和硼转运蛋白（BOR）表达的快速调节，它们动态协调硼的平衡（Dordas et al., 2000, Miwa and Fujiwara, 2010, Onuh and Miwa, 2021）。其中，BOR和nodulin 26样内在蛋白（NIP）亚家族的MIP被认为是硼转运效率和组织积累的关键决定因素。在包括拟南芥（Miwa et al., 2013）、水稻（Nakagawa et al., 2007）、葡萄（Pérez-Castro et al., 2012）、柑橘（Ca?on et al., 2013）、小麦（Leaungthitikanchana et al., 2013）和番茄（Uraguchi et al., 2014）在内的多个物种中进行了功能研究，BOR表现出明显的根特异性表达，主要参与硼的吸收和木质部运输。在硼缺乏条件下，BOR1增强根际硼的吸收以缓解缺乏症状，而BOR2通过促进细胞质向细胞壁或细胞外空间的转运来调节硼的分配，从而满足RG-II交联的需求（Miwa et al., 2013, Zhang, 2017, Chen et al., 2018a, Liu et al., 2024b）。最近的研究进一步强调了BOR4作为功能性转运调节因子的作用（Liu et al., 2024a）。同样，多种MIP异构体，包括液泡内在蛋白5;1（TIP5;1）和质膜内在蛋白（PIP1和PIP2）也参与硼的跨膜流动（Martinez-Ballesta et al., 2008, Pang et al., 2010, Kumar et al., 2014）。值得注意的是，水通道蛋白NIP5;1在低硼胁迫下表现出适应性转录上调，增加了硼的吸收能力，并通过改善稳态来提高耐受性（Takano et al., 2006, Granado-Rodríguez et al., 2020, He et al., 2021）。

植物细胞壁是一种动态复合基质，由多糖（纤维素、半纤维素和果胶）、结构蛋白和木质素组成，具有作为细胞形态发生的支架和主要防御屏障的双重生理作用（Cosgrove, 2018）。其在生长过程中的不可逆扩展由酶活性协调控制，包括膨胀素（EXPs）、果胶甲基酯酶（PMEs）和木葡聚糖内转葡糖苷酶/水解酶（XTHs）（Cosgrove, 2024a, Cosgrove, 2024b）。值得注意的是，这种大分子网络中的果胶动态变化可以作为木质素诱导的细胞壁应力的间接生物标志物（Sinclair et al., 2017）。新证据表明，细胞壁损伤会降低抗病性和非生物胁迫反应，其中应激诱导的苯丙素生物合成途径基因的上调会增强细胞壁的木质化（Miedes et al., 2014, Bacete et al., 2018）。虽然植物通过调节木质素沉积来减少细胞壁的可降解性，但这些补偿机制往往会导致生长缺陷，因为木质素稳态的改变（Bonawitz et al., 2014, Wolf, 2022）。近年来，关于“金黄”芒果生理性水泡病的研究相对较少。现有研究表明，硼对“金黄”芒果的生理性水泡病有显著影响，但该病害的具体发病机制尚不清楚。作为现代组学研究的基石，高通量测序能够大规模分析RNA，对疾病、植物生长和发育具有深远意义（Wang et al., 2025, Wu et al., 2025, Zhong et al., 2025）。因此，利用高通量测序来解析“金黄”芒果水泡病的分子病因学可以为识别基因型与表型之间的联系提供系统级框架，这对于提高“金黄”芒果的质量和减少经济损失至关重要。

植物材料和处理

本实验使用了“金黄”芒果品种，该品种在中国广西百色市田东县的果园种植（北纬23° 36’，东经107° 08’）。该地区具有典型的亚热带季风气候，夏季炎热潮湿，降雨量丰富，冬季温和且相对干燥。年平均气温在20至24°C之间，年降水量在1300至1800毫米之间，主要集中在5月至9月。健康果实（CK）、轻度病变（BQ）

微观结构观察及生理和生化指标测定

对CK、BQ和BZ组的果皮切片进行了组织病理学分析，如图2A所示。比较检查发现，患病果皮存在显著的病理变化，包括由于木质素过度沉积导致的染色增强、明显的木质化维管元素以及受损的细胞结构。值得注意的是，受影响的细胞表现出氧化木质素化合物水平升高，这可能与程序性细胞死亡有关

患病果实表现出硼缺乏和钙含量升高，伴随细胞结构损伤

在高温和高湿度条件下，H₃BO₃容易从土壤中淋失，导致木本植物出现硼缺乏症状。硼浓度不足会引起典型的缺乏症状，如果实畸形，这归因于硼在细胞壁和膜中的功能受损，特别是硼和水分运输的受阻（Wang et al., 2015）。H₃BO₃在两种RG-II果胶多糖单体之间的apiosyl残基之间形成二酯键

结论

本研究通过综合组织病理学分析、生理指标测定、显微结构观察、转录组测序、共表达网络分析和基因表达谱分析，阐明了“金黄”芒果水泡病的可能机制。显微结构观察显示，受水泡病影响的果皮细胞结构受损。比较分析发现活性氧（ROS）的积累显著增加，硼（B）含量显著降低

CRediT作者贡献声明

吴思涛：数据验证、数据管理。陈水泉：方法学研究。高海清：方法学研究。舒明阳：数据管理。文慧宝：方法学研究。黄星：方法学研究。罗聪：写作——审稿与编辑、资源获取。何新华：写作——审稿与编辑、监督、资源管理。张月星：写作——初稿撰写、可视化、数据验证、方法学研究、数据管理。鲜玉清：方法学研究、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了广西关键技术研发计划（Guikenong AB241484007）、广西科技基地与人才专项项目（Guike AD25069107）、CARSGIT—广西芒果产业项目（nycytxgxcxtd-2021-06-02）、中央指导地方科技发展专项资金（Guike ZY23055026）以及科技先锋组织的“加强农业、富裕人民”专项行动（202504）的支持。