西瓜悬浮细胞中镰刀菌酸诱导的细胞损伤与激素调控的分子机制研究

为解决镰刀菌酸(FA)诱导的西瓜细胞损伤问题，研究人员通过生理生化、转录组学和表观遗传学分析，揭示了FA通过破坏膜完整性、诱导氧化应激（MDA↑、SOD↓）及调控激素信号通路（IAA、MeJA、ABA、SA）的分子机制，并发现DNA甲基化抑制剂5-azacytidine可逆转部分基因表达，为西瓜抗枯萎病育种提供了理论依据。

　　

西瓜作为全球重要的葫芦科作物，其生产长期受镰刀菌枯萎病威胁，病原菌镰刀菌（Fusarium oxysporum）分泌的镰刀菌酸（Fusaric Acid, FA）是导致细胞损伤的关键毒素。尽管已知FA会引发氧化应激和激素紊乱，但其在西瓜细胞中的分子机制尚不明确。海南大学团队通过悬浮细胞模型，系统解析了FA的毒性效应及潜在干预策略。

研究采用生理表型分析、转录组测序和表观遗传调控技术。西瓜悬浮细胞用0-300 μM FA处理，通过Evans蓝染色、MDA含量和抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性评估细胞损伤；利用pH计和电导仪监测膜完整性变化；外源激素（IAA、MeJA、ABA、SA）预处理后分析缓解效应；RNA-seq筛选差异基因；5-azacytidine抑制DNA甲基化以验证表观调控作用。

FA对细胞生长和氧化应激的影响

50-300 μM FA处理24小时导致细胞死亡率剂量依赖性上升，100 μM使鲜重降低52%，MDA含量翻倍，表明严重脂质过氧化。SOD活性显著下降，而POD和CAT无显著变化，提示FA特异性破坏超氧化物清除系统。

膜完整性与细胞微环境变化

FA引起胞外pH从5.8升至6.2，电导率持续升高，反映质膜离子渗漏。小体积实验显示2 μM FA即可触发快速碱化反应，暗示FA可能激活膜受体信号。

外源激素的缓解效应

SA预处理使FA抑制的细胞鲜重恢复至对照的78%，显著优于IAA、MeJA和ABA。PCV（细胞压积）在SA组合中恢复95%，且MDA水平降低最显著，表明SA通过协同抗氧化途径缓解FA毒性。

转录组与表观调控分析

FA处理2小时即引起2528个基因上调，24小时后增至3319个。DNA甲基化抑制剂5-azacytidine逆转了FA对激素相关基因（如GA合成酶基因Cla119810和ABA响应基因Cla172900）的抑制，证实表观修饰参与FA应激响应。苯丙烷代谢通路中56个基因差异表达，其中18个POD基因下调，与木质素合成受阻相关。

讨论与意义

该研究首次阐明FA通过破坏膜稳定性、干扰氧化还原平衡和表观遗传重编程三条通路协同损伤西瓜细胞。SA的显著保护效应提示其可作为抗病诱抗剂，而DNA去甲基化剂的调控作用为抗病育种提供新靶点。成果发表于《Plant Stress》，为开发镰刀菌枯萎病的生态防控策略奠定了分子基础。