转录组分析揭示荔枝叶片抗炭疽病机制：开启荔枝抗病育种新征程

《BMC Plant Biology》：Elucidating the mechanism of resistance to anthracnose in litchi leaves through transcriptome analysis

荔枝受炭疽病严重影响，为探究其抗病机制，中国热科院等研究人员对 82 份荔枝资源进行抗炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）评估，通过转录组分析，发现多种参与防御反应的途径和分子过程，为荔枝抗病育种提供重要依据。

　　荔枝，这种被誉为 “水果皇后” 的热带水果，在生长过程中却深受炭疽病的困扰。由 Colletotrichum 属真菌引起的炭疽病，会在荔枝的叶片上形成黑斑，果实上出现凹陷坏死斑，严重影响荔枝的产量和品质。目前，针对荔枝炭疽病，常用的杀菌剂虽然能起到一定作用，但会带来环境污染等问题。而且，荔枝对炭疽病的抗病机制尚不明确，抗病品种的选育也因此受到限制。为了解决这些问题，中国热带农业科学院环境与植物保护研究所等机构的研究人员开展了相关研究，其研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。

研究人员主要运用了转录组测序（RNA-seq）、短时间序列表达挖掘（STEM）和加权基因共表达网络分析（WGCNA）等技术。他们从海南荔枝资源圃选取 82 份 11 年生且树势一致的荔枝资源，用 C. gloeosporioides 对其进行接种，筛选出抗病性强的‘Haiken 5’和易感病的‘Nongmei 5 hao’作为后续研究材料。

在研究结果方面，首先是对荔枝资源的抗性评估。通过三次不同时间的接种实验，观察并测量叶片病斑面积，发现不同荔枝资源对 C. gloeosporioides 的抗性存在差异，‘Haiken 5’表现出高抗病性，‘Nongmei 5 hao’则抗病性低。其次是差异基因表达分析。对两个品种接种 C. gloeosporioides 后的叶片进行转录组测序，分析发现抗病品种‘Haiken 5’在接种后 6 小时和 24 小时的差异表达基因（DEGs）数量更多，但基因表达量变化幅度较小；易感病品种‘Nongmei 5 hao’的 DEGs 数量较少，变化幅度却更大。进一步的基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析表明，苯丙烷生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢、植物 - 病原体相互作用等是两个品种共有的抗病相关通路。其中，苯丙烷生物合成通路在多个分析中均被显著富集，说明其在荔枝抗炭疽病过程中起着关键作用。

STEM 分析将 DEGs 按表达趋势分为 9 个表达谱，发现两个品种的基因表达趋势相似。KEGG 通路分析显示，上调 DEGs 富集的通路在两个品种中相似，都包含苯丙烷生物合成等通路；而下调 DEGs 在两个品种中没有共同富集的 GO 术语或 KEGG 通路。WGCNA 分析构建了基因共表达网络，识别出 18 个模块，其中绿色黄色模块与‘Haiken 5’接种 24 小时后的抗病性正相关，绿松石模块与‘Nongmei 5 hao’接种 24 小时后的抗病性正相关。还确定了一些可能在抗 C. gloeosporioides 中起重要作用的枢纽基因，如 enoyl-CoA delta isomerase 3（ECI1）、LRR receptor-like serine/threonine-protein kinase RKF3（LRR - RKF3）等。研究还发现，转录因子（TFs）在荔枝抗炭疽病过程中发挥着重要作用。AP2/ERF、bHLH、bZIP、MYB、NAC、P450 和 WRKY 等家族的 TFs 基因表达在接种后发生显著变化，且在易感病品种中的变化幅度更大。最后，通过 RT-qPCR 对 8 个 DEGs 进行验证，结果与 RNA-seq 数据一致，进一步证实了转录组分析的准确性。

研究结论表明，荔枝品种对炭疽病的抗性反应存在差异，关键抗病相关基因表达水平的微小变化就能引发防御反应。研究初步确定钙离子调节机制和转录因子有助于荔枝的抗病性，多种途径和分子过程参与了防御反应。这些结果为深入理解荔枝抗炭疽病的分子机制奠定了基础，也为后续筛选和培育抗炭疽病的荔枝新品种提供了有价值的基因资源和理论依据，有望推动荔枝产业的健康发展。