细胞分裂素阿拉伯糖苷通过双重机制增强番茄抗病性及直接抑制灰霉病菌的机制研究

本研究针对传统农药的环境负担及植物激素在抗病应用中的局限性，探讨了合成细胞分裂素阿拉伯糖苷（CK arabinosides）在番茄抗病中的作用。研究人员发现，这类化合物通过水杨酸（SA）和乙烯（ET）依赖途径激活植物免疫，并直接抑制Botrytis cinerea（Bc）的生长，且不影响植物发育关键基因。该研究为开发绿色、高效的作物保护剂提供了新策略，对可持续农业具有重要意义。

　　

随着气候变化加剧和病原菌威胁日益严重，农业生产面临严峻挑战。传统化学农药虽能有效控制病害，但长期使用会导致环境污染、生态平衡破坏及病原抗性产生，因此开发环境友好型的绿色防控策略成为当务之急。植物激素细胞分裂素（Cytokinins, CKs）在调节植物生长发育和应激响应中发挥关键作用，尤其在与病原互作过程中显示出潜在免疫激活能力。然而，天然CKs在植物体内易被降解，且高浓度使用往往引起根系抑制等副作用，限制了其农业应用。

在这一背景下，合成细胞分裂素类似物尤其是阿拉伯糖苷衍生物（CK arabinosides）逐渐引起研究者注意。这类化合物不仅具有较高的化学稳定性，还能有效激活植物免疫反应，同时直接抑制病原真菌生长，表现出双重抗病机制。尽管如此，CK arabinosides在番茄–灰霉病菌（Botrytis cinerea, Bc）互作系统中的具体作用机制、信号通路依赖关系以及对真菌的直接效应尚未系统阐明。因此，本研究旨在探究CK arabinosides在番茄抗病中的功能及其分子机制，为开发新一代绿色农药提供理论依据。该研究成果发表在《Plant Science》上。

本研究采用分子生物学、植物病理学及转录组学等多学科技术方法，主要包括：利用番茄野生型及SA、ET、JA信号通路缺陷突变体进行病原接种试验；通过qRT-PCR分析防御基因与CK通路基因表达；测定活性氧（ROS）和乙烯（ET）积累以评估免疫响应；采用体外培养法分析化合物对B. cinerea菌丝生长、孢子萌发及菌体干重的影响；通过RNA-seq及生物信息学分析（DESeq2, KEGG, GO）解析B. cinerea在CK arabinosides处理下的转录组变化。植物材料来源于以色列本-古里安大学保存的番茄品系，真菌材料为B. cinerea Bcl16菌株。

研究人员通过外源施用不同类型的CK arabinosides（包括ARA-1, ARA-2, F-ARA-1, F-ARA-2, F-ARA-3）及经典CK 6-BAP，发现这些化合物均能显著降低番茄由B. cinerea和Xanthomonas euvesicatoria（Xcv）引起的病害程度。在浓度为10 μM时，CK arabinosides的抗病效果优于10倍浓度的6-BAP，且通过叶面喷施和土壤灌根均能系统起效。进一步机制研究表明，CK arabinosides处理增强了番茄对细菌激发子flg22和真菌激发子EIX的ROS爆发和ET产生，激活了SA、JA/ET途径相关防御基因（如PR1a, PR1b, Pti-5, Pi1, PAL, LoxD, ERF1）的表达，但并未显著激活CK信号通路基因（如IPT, CKX, TRR），说明其作用模式不同于经典CK。

Exogenous treatment with cytokinin arabinosides promotes disease resistance and cellular immunity

研究通过病原接种试验、ROS和ET测定及基因表达分析，证实CK arabinosides可通过SA和ET依赖途径增强番茄对B. cinerea的抗性，其中SA缺陷型NahG植株和ET感应突变体nr（除氟化阿拉伯糖苷外）未能引发抗病反应，而JA不敏感突变体jai-1仍能响应处理，表明CK arabinosides的抗病作用主要依赖SA和ET信号，而非JA途径。

Cytokinin arabinoside treatment increases the expression of defense genes without strongly affecting CK pathway genes

通过qRT-PCR分析，发现CK arabinosides强烈诱导防御基因表达，但对CK通路基因影响甚微，说明其免疫激活功能不依赖于典型CK信号转导，可能与化合物较高的代谢稳定性有关。

Cytokinin arabinoside mediated immunity is SA-dependent and JA-independent, and shows mixed effects on the ET pathway

利用信号通路缺陷植株进行抗病表型分析，进一步验证了CK arabinosides介导的免疫依赖于SA和ET，但氟化衍生物（F-ARA）在ET感应缺陷植株中仍能起效，提示不同衍生物的作用机制存在差异。

Effects of cytokinin arabinosides on fungal development and growth

体外实验表明，CK arabinosides直接抑制B. cinerea的菌丝生长、孢子萌发和菌体生物量，效果优于6-BAP。转录组分析显示，ARA2和F-ARA2处理引起真菌大量基因表达变化，下调了碳水化合物代谢、转运及毒力相关基因，而氟化衍生物与6-BAP的转录响应更相似。

B. cinerea RNAseq and transcriptome analysis

通过RNA-seq和KEGG/GO富集分析，发现CK arabinosides处理显著抑制B. cinerea的代谢途径、糖类转运及毒力基因表达，其中氟化阿拉伯糖苷与6-BAP在下调基因上重叠较多，进一步证实了其直接抑菌作用。

CK arabinosides fail to promote fungal growth under sugar restriction

在低糖条件下，6-BAP能促进真菌生长，而CK arabinosides仍保持抑制效应，说明其抑菌机制不同于经典CK，不易受营养环境的影响。

本研究系统阐明了CK arabinosides通过双重机制增强番茄抗病性：一方面通过SA和ET依赖途径激活植物免疫，另一方面直接抑制B. cinerea的生长与致病性。这些化合物在不激活CK发育通路的前提下发挥高效抗病功能，避免了传统CK的植物生长副作用。尤其氟化阿拉伯糖苷表现出更高的稳定性与抑菌效果，且部分独立于ET信号，为其农业应用提供了更优选择。该研究不仅深化了对植物–病原互作中激素调控机制的理解，也为开发基于细胞分裂素衍生物的绿色农药奠定了理论基础，对促进可持续农业发展具有重要意义。