《Plant Signaling & Behavior》：Computational studies deciphered the role of key genes and associated networks regulating the defense mechanism in chickpea under Fusarium oxysporum f. sp. ciceris induced wilt condition
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本文通过转录组学分析，揭示了鹰嘴豆（Cicer arietinum）在镰刀菌萎蔫病（Fusarium oxysporumf. sp. ciceris）侵染早期（7和12天）的分子响应机制。研究发现差异表达基因（DEGs）主要参与细胞壁修饰、活性氧（ROS）清除及次生代谢物合成。研究进一步鉴定了在病原体互作中起关键作用的碳水化合物活性酶（CAZymes）、抗性基因（R-genes）、转录因子（TFs）及枢纽基因（hub genes），并构建了蛋白质相互作用网络（PPI）。这些发现为阐明鹰嘴豆抗病分子机制、选育抗病品种提供了重要的理论基础和候选基因靶点。
数据收集与处理
本研究基于公开的鹰嘴豆根部转录组数据集（NCBI SRA数据库，生物项目ID：PRJNA761666）。该数据源自感染镰刀菌（Fusarium oxysporumf. sp. ciceris）的鹰嘴豆幼苗根部，采样时间点为接种后第7天和第12天。分析设置了三个比较组：对照与第7天胁迫组（C_7 vs S_7）、对照与第12天胁迫组（C_12 vs S_12），以及两个胁迫时间点之间的比较（S_7 vs S_12）。
差异表达基因的鉴定与模式分析
通过生物信息学分析，在三个比较组中分别鉴定出894、867和535个显著差异表达基因（DEGs）。火山图清晰展示了各时间点上调和下调基因的表达模式。在早期感染阶段（C_7 vs S_7），上调和下调基因数量基本持平；而随着感染时间延长（S_7 vs S_12），下调基因数量（429个）远超上调基因（106个），表明随着病害发展，宿主的整体基因表达受到广泛抑制。在所有比较组中，仅有9个基因被持续下调，表明它们是感染过程中的关键响应因子。
功能富集分析：基因本体与KEGG通路
基因本体（GO）富集分析显示，DEGs主要富集在生物过程、分子功能和细胞成分等类别。在7天感染点，上调的DEGs大量富集于与防御相关的功能，如细胞膜、细胞组分生物合成等。而在12天感染点以及S_7 vs S_12比较中，下调的DEGs在刺激响应、生物过程调控和信号转导等功能上表现出显著的富集，意味着宿主免疫相关信号通路在感染后期受到抑制。同时，多个与抗氧化活性相关的基因在感染后期表达下调，这可能削弱了宿主清除活性氧（ROS）的能力。
KEGG通路分析进一步揭示了感染过程中的代谢重编程。在7天感染点，上调基因显著富集于“代谢途径”、“次生代谢物生物合成”和“类胡萝卜素生物合成”等通路，这可能是宿主启动防御反应的表现。而在12天感染点以及感染进程中（S_7 vs S_12），“黄酮类生物合成”、“植物激素信号转导”以及“淀粉和蔗糖代谢”等通路显著下调，表明宿主的防御代谢和能量供给在感染后期受到严重干扰。
关键分子类别分析：CAZymes、抗性基因与转录因子
细胞壁相关基因：碳水化合物活性酶（CAZymes）在植物-病原体互作中扮演重要角色。研究发现，不同时间点有不同的CAZyme家族被特异性富集。例如，在早期（C_7 vs S_7）特异性富集了糖苷水解酶28家族（GH28），该家族与果胶降解有关，可能协助病原体侵染。而在后期，则出现了更多样的糖苷水解酶（GH）和糖基转移酶（GT）家族的表达。
转录因子：多个转录因子（TFs）家族在不同感染阶段呈现差异表达。在7天感染点，bHLH（碱性螺旋-环-螺旋）和GeBP（无毛增强子结合蛋白）家族被上调；而到了12天感染点，这两个家族转为下调，同时ERF（乙烯响应因子）家族成为最大的下调TF家族。在感染进程比较（S_7 vs S_12）中，bZIP（碱性亮氨酸拉链）家族是唯一被上调的TF家族，可能参与调控后期防御响应。
抗性基因：研究鉴定了属于多个类别的抗性基因（R-genes），包括激酶结构域（KIN）、受体样蛋白（RLP）、受体样激酶（RLK）等。这些R-genes在感染早期即开始显著表达，显示出宿主在感知病原体后迅速激活了先天免疫系统。
蛋白质相互作用网络与枢纽基因分析
通过构建蛋白质相互作用网络（PPI），研究揭示了不同感染阶段分子互作的核心变化。在7天感染点，枢纽基因（hub genes）主要富集于与光系统和类囊体膜相关的功能，表明早期防御可能与光合作用及活性氧（ROS）清除有关。到了12天感染点，网络重心转向次生代谢，枢纽基因显著富集于黄酮类和苯丙烷类生物合成通路，意味着资源从生长向防御化合物生产重新分配。
研究还鉴定出6个在所有比较组中都存在的共同枢纽基因，它们与萜类代谢、脂质代谢和脱落酸（ABA）合成等功能相关，可能是跨时间点调控防御反应的核心分子。
讨论与结论
本研究通过多组学分析，系统描绘了鹰嘴豆响应镰刀菌萎蔫病的动态分子图谱。研究发现，感染早期宿主通过上调细胞壁修饰、ROS清除和次生代谢物合成相关基因来建立防御。病原体则分泌如GH28等CAZymes来破坏细胞壁。随着感染进展，宿主的免疫信号（如乙烯、茉莉酸途径）和关键转录因子（如bHLH和GeBP）被显著抑制，导致防御能力下降。
蛋白质网络分析突出了光合作用相关通路在早期以及次生代谢通路在后期的核心作用。鉴定出的枢纽基因和持续下调的9个共同基因为理解鹰嘴豆的抗病与感病机制提供了关键线索。
总之，这项工作深入揭示了鹰嘴豆-镰刀菌互作的分子机制，识别了在病害不同阶段起调控作用的关键基因和通路。这些发现不仅增进了对豆科植物抗病生物学的理解，而且为通过分子标记辅助育种培育抗镰刀菌萎蔫病的鹰嘴豆新品种提供了宝贵的候选基因资源。
