花椒CCoAOMT基因通过调控木质素与黄酮生物合成增强抗锈病机制研究

本研究揭示了花椒（Zanthoxylum armatum）中咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶（CCoAOMT）通过双重调控木质素（lignin）和黄酮（flavonoid）生物合成通路，显著增强对锈病菌（Coleosporium zanthoxyli）的抗性。通过RNAi沉默和过表达技术证实，CCoAOMT表达水平与病害指数呈负相关（r=-0.82），其编码的27.9 kDa蛋白定位于细胞核与细胞质，可上调HCT、F3H等关键酶基因表达，使木质素含量提升15%，黄酮含量增加8%，为分子育种提供新靶点。

　　

1 引言
花椒（Zanthoxylum armatum）作为药食同源植物，其产业受锈病菌（Coleosporium zanthoxyli）威胁可导致60%产量损失。前期转录组分析锁定咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶（CCoAOMT）为候选抗病基因，该酶在木质素单体合成中催化咖啡酰-CoA甲基化为阿魏酰-CoA，但其在花椒抗病中的机制尚未阐明。

2 结果
2.1 基因特征与系统进化
ZaCCoAOMT编码246个氨基酸，与柑橘（Citrus sinensis）同源性达75.8%，具有典型SAM结合域（E值<1e-10）。三级结构建模显示其α-螺旋占比40.2%，与高粱5KVA.A模板相似度59.9%。

2.2 组织特异性表达
qPCR检测发现ZaCCoAOMT在叶片中表达量是茎部的25倍（P<0.05），与锈病主要侵染部位吻合。

2.5 遗传转化体系
采用农杆菌GV3101介导的瞬时转化和愈伤组织稳定转化，成功获得RNAi株系（基因表达下调16.55倍）和过表达株系（上调15.54倍）。

2.7 抗病表型分析
接种锈病菌20天后，过表达株系病害指数仅6.3±0.73，显著低于野生型（34.0±5.2），而RNAi株系高达54.7±10.59（P<0.001）。

2.8 代谢物检测
乙酰溴法测定显示过表达株系木质素含量达26.5 mg/g（较野生型提升15%），黄酮含量19.7 mg/g（提升8%），且二者与病害指数呈显著负相关（r=-0.79）。

2.9 通路基因调控
RNAi株系中HCT、F3H等6个苯丙烷途径基因表达均下调，而过表达株系中HCT表达量激增3.8倍（P<0.01），证实CCoAOMT为核心枢纽基因。

2.10 亚细胞定位
GFP标记实验揭示ZaCCoAOMT在烟草表皮细胞中呈现核-质共定位，与TMHMM预测的无跨膜结构域特征一致。

3 讨论
本研究首次阐明CCoAOMT通过"双轨防御"机制增强花椒抗锈病：① 促进木质素沉积强化细胞壁物理屏障；② 上调黄酮类抗菌物质积累。值得注意的是，过表达株系中4CL基因意外下调，暗示代谢流重编程可能激活反馈抑制。该发现为利用分子设计育种培育抗病花椒品种提供了理论依据。

4 方法
实验采用Purohit愈伤诱导法结合农杆菌浸润，qPCR引物经Primer-BLAST设计，病害分级标准参照Zhang 2022方案，木质素检测采用GraceBio试剂盒（检测波长280 nm）。统计通过SPSS 26.0进行Pearson相关性分析。