《Frontiers in Plant Science》：Integrated transcriptome and metabolome analysis reveals the molecular mechanism underlying differences in Psa resistance between Actinidia valvata and Actinidia chinensis
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本研究通过整合转录组与代谢组学分析，揭示了抗病物种绵毛猕猴桃(Actinidia valvata)与感病品种中华猕猴桃‘红阳’(A. chinensis ‘Hongyang’)在感染丁香假单胞菌猕猴桃致病变种(Psa)后响应的分子机制。研究发现，A. valvata通过强烈激活植物-病原互作、MAPK和植物激素信号转导等防御通路，并特异性上调木质素合成关键基因(CCR、CAD、POD)，促进成熟木质素聚合物积累以加固细胞壁，从而展现出卓越的Psa抗性。而感病品种‘红阳’则表现出微弱的转录响应和代谢失调，其木质素合成途径受阻于中间产物阶段。该研究为解析猕猴桃溃疡病抗性机制提供了多组学层面的见解，并为抗病育种提供了关键候选基因和代谢靶点。
猕猴桃是一种具有高经济价值的水果作物，但极易受到由丁香假单胞菌猕猴桃致病变种(Pseudomonas syringae pv. actinidiae, Psa)引起的溃疡病的侵害。为剖析其抗性机制，本研究对抗病物种绵毛猕猴桃(Actinidia valvata)和感病品种中华猕猴桃‘红阳’(A. chinensis ‘Hongyang’， HY)在Psa侵染后进行了整合的转录组和代谢组分析。
表型观察揭示抗感性差异
研究首先观察了两种材料接种Psa后的表型变化。高抗的A. valvata枝条水渍状病斑平均长度为12.89毫米，而高感的HY枝条病斑平均长度达45.31毫米，两者存在显著差异，明确了A. valvata的高抗性和HY的高感性表型。
转录组分析揭示分子层面防御差异
通过对枝条进行高通量RNA-Seq分析，发现A. valvata在接种Psa后展现出强烈的防御相关转录响应，其差异表达基因(DEGs)数量约为HY的5倍。具体而言，在A. valvata接种与对照的比较中，鉴定出7931个DEGs；而在HY的比较中仅鉴定出1622个DEGs。对A. valvata特有的765个DEGs以及A. valvata与HY共有的1781个DEGs进行KEGG富集分析，发现它们显著富集在植物-病原互作、MAPK信号通路和植物激素信号转导等核心防御通路上。相比之下，HY特有的106个DEGs仅富集于淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷生物合成等基础代谢途径，未显示出与防御信号相关的显著富集。此外，在A. valvata中上调的DEGs中包含3个病程相关(PR)蛋白基因和29个抗性受体激酶(RK)基因，这些都是已知的植物免疫关键组分。
代谢组分析揭示代谢物积累模式
利用UPLC-MS/MS技术分析枝条韧皮部代谢物，共鉴定出1229种代谢物，其中黄酮类、酚酸类占主导地位。主成分分析(PCA)显示，Psa感染诱导了显著的代谢变化，尤其是在A. valvata中。K-均值聚类分析将差异累积代谢物(DAMs)分为9个簇，其中簇1和簇6的代谢物（主要包括黄酮类、萜类、生物碱、酚酸等）在A. valvata接种Psa后特异性诱导积累，而在HY中无明显变化。这些物质在植物生物胁迫响应中扮演重要角色。值得注意的是，在A. valvata接种后，代谢物总体呈现净上调趋势，而HY的代谢物则呈现净下调，反映出两者在应对病原侵染时截然不同的代谢重编程策略。
整合分析构建系统性调控网络
通过联合分析转录组和代谢组数据，发现A. valvata在感染后显著富集的通路包括淀粉和蔗糖代谢、碳代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢以及苯丙烷生物合成等。这些通路的激活为防御反应提供了能量和碳骨架前体。相比之下，HY仅微弱富集了苯丙烷生物合成和淀粉/蔗糖代谢两条通路。加权基因共表达网络分析(WGCNA)进一步将基因聚类为17个模块，其中MEbrown模块与苯丙烷生物合成代谢物L-苯丙氨酸(pme0021)的积累显著相关。该模块包含3281个基因，其中2763个被定义为核心基因，与1781个共有DEGs有766个重叠。
木质素合成通路是抗性的关键
深入分析发现，苯丙烷生物合成通路，特别是木质素合成分支，是A. valvata抗Psa的关键。与HY相比，A. valvata在接种后特异性积累了关键的木质素相关前体代谢物L-苯丙氨酸。同时，木质素合成途径中的关键基因，包括肉桂酰-CoA还原酶(CCR)基因(AVb02g00135)、肉桂醇脱氢酶(CAD)基因(AVa06g01023, AVb06g00946)和过氧化物酶(POD)基因(AVa01g00801, AVb01g00780)在A. valvata中显著上调。其中，两个POD基因的表达量在接种5天后相较于HY分别上调了15倍和30倍。POD在木质素单体的氧化聚合形成木质素大分子的过程中起着至关重要的作用。对关键基因启动子的顺式作用元件预测发现，它们含有WRKY和MYB转录因子特异性结合的W-box和MYB结合位点，暗示这些基因可能受WRKY/MYB转录因子的直接调控，从而协同驱动木质素的高效合成。
表型与分子证据的相互印证
木质素含量的测定进一步证实了上述分子发现。抗病品种A. valvata在接种Psa后，其枝条中的木质素含量显著增加。综合来看，A. valvata通过激活以WRKY/MYB等转录因子为核心的调控网络，上调CCR、CAD、POD等关键酶基因的表达，从而高效地将L-苯丙氨酸等前体转化为成熟的木质素聚合物，加固细胞壁，形成抵御Psa入侵的物理屏障。相反，感病品种HY的木质素生物合成途径受阻于中间产物阶段，未能有效合成成熟的木质素，导致细胞壁脆弱，病原菌得以在韧皮部定殖和扩展。
讨论与展望
研究揭示了A. valvata与HY在应对Psa侵染时存在根本性的分子与代谢策略差异。A. valvata具备一个预先配置或可快速诱导的免疫调控网络，能够协调激活广泛的防御通路和代谢重编程，特别是通过强化木质素合成来加固细胞壁。而HY则缺乏有效的防御转录响应，其代谢状态受到抑制，木质素合成通路不完整。本研究鉴定出的核心抗性相关基因（如CCR、CAD、POD）及共表达模块，为猕猴桃抗溃疡病分子育种提供了宝贵的候选靶点。未来的研究应通过CRISPR/Cas9基因编辑或过表达等遗传手段对这些核心基因进行功能验证，并通过田间试验评估其抗性的稳定性，同时深入解析WRKY/MYB等转录因子在调控该网络中的具体作用，为培育抗Psa的商业化猕猴桃品种奠定理论基础。
