山茶花叶斑病响应机制的转录组解析及木质素合成关键基因功能验证

本研究针对山茶花(Camellia sasanqua)叶斑病严重危害观赏价值的问题，通过分离鉴定病原菌（Fusarium sambucinum等4种）并结合转录组分析，揭示8139个差异基因参与植物激素信号转导、苯丙烷代谢等防御通路。研究发现CsCAD5和CsCOMT1基因过表达可显著提升烟草木质素含量并增强抗病性，为抗病育种提供新靶点。论文发表于《Plant Stress》。

　　

山茶花作为重要的观赏植物，其叶片常受叶斑病侵害导致观赏价值下降。当前防治主要依赖化学农药，但长期使用易引发病原菌抗药性和环境污染。更棘手的是，山茶花响应叶斑病的分子机制尚不明确，抗病基因资源匮乏。这些问题严重制约了山茶花的品质提升和可持续栽培。

为破解这一难题，Zhang Hongye等研究人员开展了一项系统研究。他们首先从西南林业大学校园采集病叶，通过组织分离法获得4种病原菌（Fusarium sambucinum、Alternaria alternata等），结合形态学和ITS序列分析确认其分类地位。随后利用转录组测序技术比较健康与感病叶片，发现8139个差异表达基因（DEGs），其中4544个上调、3595个下调。

研究采用的关键技术包括：病原菌分离培养与柯赫氏法则验证、Illumina转录组测序与生物信息学分析、基因克隆与烟草遗传转化、木质素含量测定（紫外分光光度法）以及显微荧光观察等。实验样本来自自然感染的山茶花叶片，通过构建过表达载体获得45株CsCAD5和36株CsCOMT1转基因烟草株系。

病原菌鉴定与致病性分析

从典型病斑中分离出4种病原菌，人工接种实验证实其协同致病性。系统发育树显示M2菌株与Fusarium sambucinum亲缘关系最近，相似度达99%。

转录组调控网络解析

KEGG富集发现植物-病原互作、MAPK信号通路等显著激活。WRKY75和MYB62转录因子分别上调7.14和8.01倍，SA通路中PR1基因表达量提升7-8倍。苯丙烷代谢途径的PAL、4CL等关键酶基因集体上调，暗示木质素合成增强。

抗病基因功能验证

CsCAD5过表达株系木质素含量最高达野生型1.77倍，CsCOMT1株系达2.1倍。荧光显微观察显示转基因烟草维管束木质素沉积显著增加。接种实验证实过表达株系病斑扩展速度较野生型减缓30%-50%。

讨论部分指出，该研究首次揭示山茶花通过"信号识别-激素调控-转录激活-代谢重构"的多层次网络应对叶斑病。特别是木质素合成关键基因CsCAD5和CsCOMT1的功能验证，为分子设计育种提供了新靶点。值得注意的是，GST基因家族34个成员显著上调，可能与ROS清除和木质素前体转运相关，这一发现为解析抗病-解毒协同机制提供了新线索。

该研究的创新性在于：① 明确4种病原菌的复合侵染特征；② 绘制首个山茶花叶斑病响应转录图谱；③ 验证CAD/COMT基因在木质素介导抗病中的核心作用。这些成果不仅为山茶花抗病品种选育奠定理论基础，也为其他观赏植物病害防控提供了可借鉴的研究范式。