脂质和苯丙素代谢途径参与了梨果实对链格孢（Alternaria alternata）感染的防御反应

《Postharvest Biology and Technology》：Lipid and phenylpropanoid metabolic pathways are involved in the defense response of pear fruit to Alternaria alternata infection

雪梨感染 Alternaria alternata 后通过 RNA 转录组测序分析，鉴定到 970 个差异表达基因，显著激活脂肪酸降解、苯丙烷代谢及植物激素信号通路，其中 PbWRKY33 基因在 4 天时显著上调。生化分析表明真菌感染增强 4-香豆酰辅酶 A 联合酶、肉桂醇脱氢酶等关键酶活性，促进木质素合成，同时抑制脂肪酸合成相关基因表达。该研究揭示了 Alternaria alternata 感染下雪梨抗病机制与脂代谢、苯丙烷代谢的关联。

　　

王兆远|李灿英|曲文丹|张富娟|方欣|蔡家辉|方慧欣|葛永红

渤海大学食品科学与工程学院，中国锦州121013

摘要

雪梨果实对真菌病原体具有高度敏感性，导致采后损失严重。为了探索雪梨果实对Alternaria alternata感染的防御反应的分子机制，我们使用RNA测序技术对感染A. alternata后的雪梨果实进行了转录组分析，分别在感染后0天和4天进行采样。结果表明，共有970个基因在感染后表现出差异性转录。转录组数据显示，脂肪酸降解、抗坏血酸和醛酸代谢以及植物激素信号传导在A. alternata感染后显著增强。值得注意的是，PbWRKY33的转录在感染后4天显著上调。此外，生化分析显示A. alternata感染增强了4-香豆酰辅酶A连接酶、肉桂醇脱氢酶、苯丙氨酸氨裂解酶、肉桂酸4-羟化酶、过氧化物酶和漆酶的基因转录水平及酶活性。同时，A. alternata感染还增加了PbCCR、PbHCT、PbF5H、PbCOMT和PbCCoAOMT的转录水平，从而提高了木质素的积累。A. alternata感染还提高了脂氧合酶、磷脂酶D、过氧化氢裂解酶、醇酰转移酶和醇脱氢酶的基因转录水平以及PbPLA1、PbPLC、PbBECH和PbACOX3的转录水平。相反，它下调了与脂肪酸生物合成相关的关键基因的转录，包括PbACC、PbACP、PbKASⅡ、PbFabZ、PbFabG、PbFabⅠ、PbFAD3、PbKCS7和PbECR。这些发现表明A. alternata感染促进了脂肪酸的降解。此外，感染还触发了PbWRKY33的转录激活，并刺激了苯丙素代谢，从而增强了雪梨果实的抗病性。

引言

雪梨果实因其独特的风味、优良的品质和丰富的营养成分而在华北地区非常受欢迎（Yuan等人，2025年）。然而，在采后商业处理过程中，梨果实受到多种病原体（如Botrytis cinerea、Penicillium expansum和Alternaria alternata）的严重威胁，这些病原体会显著降低果实的食用品质和经济价值（Dhanasekaran等人，2025年；Wang等人，2025年）。A. alternata是一种常见的采后病原体，能够侵染健康和受损的果实，导致黑斑病的发生（Nan等人，2025年）。此外，A. alternata会产生霉菌毒素，包括alternariol和tenuazonic酸，对食品安全和人类健康构成重大风险（Chen等人，2025年）。目前，采前和采后阶段广泛使用化学杀菌剂来控制腐烂和保持果实品质。然而，这种方法可能会产生不良影响，包括果实中的化学残留、病原体抗性的产生以及环境污染（Li等人，2025a）。因此，全面了解果实中真菌病原体感染的机制对于开发有效的采后腐烂控制策略至关重要（Oyom等人，2022年）。

在植物抗病反应中，次生代谢物不仅作为抵御病原体入侵的生化屏障，还参与疾病抗性机制（Bednarek和Osbourn，2009年）。作为复杂的代谢网络，苯丙氨酸生物合成途径是植物防御机制的重要组成部分，它包括多种基因家族，如4-香豆酸辅酶A连接酶（4CL）、苯丙氨酸氨基裂解酶（PAL）、过氧化物酶（POD）、肉桂酸4-羟化酶（C4H）等（Wang等人，2023年）。木质素是一种由苯丙素前体合成的结构复杂的聚合物，主要沉积在植物细胞壁中，有助于维持细胞结构的刚性并增强植物对病原体的抵抗力（Miao等人，2021年）。研究表明，熊果酸和苯乳酸处理通过激活4CL、C4H和PAL的酶活性，从而增强了对P. expansum和A. alternata的抵抗力（Min等人，2025年；Shu等人，2025年）。此外，Chen等人（2024年）报告称γ-氨基丁酸显著增强了葡萄果实对B. cinerea的抵抗力，这与POD、C4H、4CL和PAL的酶活性增强以及木质素含量的增加密切相关。这些发现表明，苯丙素途径的激活与果实对真菌感染的防御抵抗力有关。

当果实被病原体感染时，活性氧在宿主细胞中的突然和大量积累会破坏细胞膜的完整性，从而促进病原体的入侵（Zhang QQ等人，2024年）。同时，膜磷脂通过脂氧合酶（LOX）、磷脂酶C（PLC）、磷脂酶LPS（LPS）、磷脂酶D（PLD）和磷脂酶A（PLA）调控的酶促反应链发生不可逆的降解（Zhang等人，2025年）。此外，真菌入侵通过促进β-氧化和激活LOX途径加速了脂肪酸的降解，该途径涉及关键的酶，如脂氢过氧化物裂解酶（HPL）、醇酰转移酶（AAT）和醇脱氢酶（ADH）（Gong等人，2022年；Wu等人，2025年）。此外，来自脂肪酸代谢的乙酰辅酶A是木质素生物合成的前体，可以增强果实的细胞壁。研究表明，Lasiodiplodia theobromae的接种增强了LPS、LOX和PLD的酶活性，降低了磷脂酰胆碱和磷脂酰肌醇的水平，并提高了龙眼果实中磷脂酸和饱和脂肪酸的含量（Zhang等人，2018年）。此外，P. expansum的感染加速了PLD、PLA2和PLC的酶活性，导致磷脂的降解和脂肪酸的释放，进而破坏了苹果的细胞膜完整性（Peng等人，2021年）。这些发现表明，真菌感染启动了脂质代谢，从而破坏了细胞膜结构。因此，我们假设A. alternata感染加速了脂肪酸的降解，以增强其在梨果实内的局部积累。

在这项研究中，通过转录组分析来识别雪梨果实对A. alternata感染的反应，并阐明苯丙素途径和脂质代谢在果实抗病性中的多方面功能。这些发现为A. alternata在梨果实中引起的生理和分子变化提供了新的见解。

部分摘录

果实和真菌分离株

雪梨果实是从中国兴城的一个果园手工采摘的，总可溶性固形物含量为11.7±0.1%，果肉硬度为40.9±0.4牛顿。选择大小均匀、颜色一致且无机械损伤的果实，并在3小时内运输到实验室。果实用聚乙烯薄膜包装，储存在23±1°C、相对湿度80±5%的环境中。A. alternata分离株是从采后生理学实验室保存的菌株。

感染A. alternata的雪梨果实上的病斑面积

感染A. alternata的雪梨果实在第3天开始出现黑斑病症状。到第4天，感染区域的面积扩大到0.63平方厘米（图1A），并伴有灰色菌丝的出现（图1B）。随着感染的进展，雪梨果实表面在第4-12天出现轻微褐变和塌陷（图1B）。

转录组数据分析

为了分析A. alternata感染后雪梨果实的转录组变化，我们对样本进行了RNA-seq分析

讨论

由A. alternata引起的黑斑病是影响梨生产最具破坏性的疾病之一，导致全球范围内的重大经济损失（Zhang等人，2020年）。因此，阐明A. alternata在梨果实中的感染机制及其相应的宿主防御反应对于开发有效的疾病控制策略至关重要。转录组学为评估全面的基因表达谱提供了强大的工具

结论

通过RNA-seq分析，共鉴定出雪梨果实对A. alternata感染反应中的970个差异表达基因（DEGs）。进一步分析和生理评估表明，A. alternata感染激活了脂肪酸的降解，并抑制了脂肪酸的合成和延长。此外，A. alternata感染触发了PbWRKY33的转录激活，并增强了与苯丙素代谢相关的关键酶的基因转录水平和酶活性

CRediT作者贡献声明

王兆远：研究、撰写初稿。李灿英：方法学、撰写-审稿与编辑。曲文丹：研究、验证。张富娟：资金获取。方欣：数据管理。蔡家辉：方法学。方慧欣：正式分析。葛永红：监督、资金获取、撰写-审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了辽宁省自然科学基金（2023-MS-292）的支持。