转录组与代谢组联合解析烟草花叶病毒(TMV)抗性机制：黄酮类生物合成与水杨酸信号的关键作用

本研究针对烟草花叶病毒(TMV)对茄科作物造成的重大经济损失，通过转录组与代谢组联合分析，揭示了抗性烟草品种R_K326通过激活黄酮类生物合成途径（特别是柚皮苷积累）和水杨酸(SA)信号通路抵御TMV感染的分子机制。研究发现外源施加柚皮苷可显著降低病毒外壳蛋白(CP)积累，同时鉴定出关键限速酶基因asm_5.4770(CHS)和asm_7.408(CHI)，为TMV抗性育种提供了新靶点。

　　

烟草花叶病毒(TMV)是危害全球农业的头号植物病毒之一，能感染65科885种植物，每年造成超过10亿美元的经济损失。在烟草、番茄、辣椒等茄科作物中，TMV感染会导致叶片花叶畸形、植株矮化等症状，严重降低作物产量和品质。尽管目前已发现N基因等部分抗性基因，但植物对TMV的防御反应机制仍存在大量未知领域。更棘手的是，现有防治手段主要依赖化学药剂和农业措施，培育抗病品种才是可持续解决方案，这亟需深入解析植物抗TMV的分子机制。

中国农业科学院的研究人员选择TMV敏感品种K326及其自然抗性突变体R_K326为材料，通过多组学联用技术揭示了植物抵御TMV的新机制。研究发现抗性表型与病毒积累量显著相关——接种9天后，R_K326叶片中TMV外壳蛋白(CP)含量仅为敏感品种的40%，且完全不表现病症。这一现象提示抗性可能源于代谢产物的抗病毒作用或免疫信号的激活。

研究采用Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序（平均数据量5.9Gb/样本），结合LC-MS非靶向代谢组学分析。技术路线包含：①TMV-U1毒株接种处理与表型观察；②Western blot检测病毒CP蛋白；③差异基因(DEGs)与差异代谢物(DAMs)的联合通路分析；④关键代谢物柚皮苷的外源处理验证；⑤SA/JA激素水平检测。所有实验均设置3-5次生物学重复，数据经fastp质控和MetaX标准化处理。

转录与代谢重编程揭示抗性机制

PCA分析显示TMV处理引起两组样本显著分离。抗性品种对病毒响应更强烈——R_K326中差异基因数量是K326的2倍，且特异性激活谷胱甘肽代谢、MAPK信号等通路。值得注意的是，黄酮生物合成通路在转录组和代谢组中均被显著富集。代谢检测发现柚皮苷、山奈酚等4种黄酮在R_K326中特异性积累，其中柚皮苷含量较敏感品种提高3.2倍。

柚皮苷的抗病毒功能验证

外源施加800μg/mL柚皮苷使敏感品种病症减轻，CP蛋白降低67%。基因分析显示，柚皮苷合成限速酶基因asm_5.4770（查尔酮合成酶CHS）和asm_7.408（查尔酮异构酶CHI）在抗性品种中表达量分别上调4.5倍和3.8倍。这些基因在多个抗性种质中呈现保守高表达模式，证实其在黄酮介导抗性中的核心地位。

SA与JA信号的拮抗调控

激素检测发现R_K326中SA水平较K326提高1.6倍，而JA降低60%。转录组显示SA合成关键基因asm_11.4736（EPS1酰基转移酶）显著上调，而JA合成酶基因LOX6和JMT被抑制。这符合植物"SA抗病毒-JA抗虫害"的经典防御策略，说明抗性品种通过协调激素平衡增强免疫。

该研究首次通过多组学联合揭示黄酮-激素协同抗TMV的分子网络：TMV感染诱导CHS/CHI基因表达，促进柚皮苷等黄酮积累以直接抑制病毒复制；同时激活SA信号通路，可能通过系统获得性抗性(SAR)增强细胞防御。研究不仅为理解植物-病毒互作提供新视角，更为分子设计育种提供两个关键靶点——黄酮合成通路限速酶基因和SA信号调控元件。中国农业科学院团队建立的"表型-组学-验证"研究范式，对茄科作物抗病毒育种具有重要指导价值。