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茎基腐病（FCR）是一种世界性的土传植物病害。近年来，FCR在中国的发病率和严重度都有所增加，已对我国小麦作物构成严重威胁。研究中比较部分抗性品种04zhong36（04z36）和易感品种XM26（XM）对FCR感染的代谢物和转录响应。检测到443种代谢物，其中102种因病原体定殖而显著变化。研究特别关注了苯并噁嗪类化合物在FCR抗性中的作用，发现与XM相比，04z36中较高的苯并恶嗪含量可能有助于提高其对FCR的抗性。本研究拓宽了对小麦FCR抗性/感病分子机制的认识，为进一步开展小麦抗病性遗传改良提供了理论依据。结果：
1.FCR症状及其对小麦幼苗高度和病原菌Fp生物量的影响
研究发现，接种FCR后，XM和04z36株高均有所降低，幼苗中病原菌的相对生物量也持续增加，并在20 dpi后开始分化，在30 dpi时，XM中病原菌生物量急剧增加且增加程度明显大于04z36（图1）。![]()
图1 接种FCR对XM26和04z36苗高和病原菌生物量的影响
2.FCR定殖后的代谢物变化
在XM和04z36中，通过UPLC-MS/MS技术共检测到443种代谢物，其中102种因FCR定殖而显著变化。这些变化的代谢物主要属于黄酮类、酚酸类、氨基酸及其衍生物类别。进行PCA以研究响应于Fp定殖而发生的四个比较组中的总体代谢变化，两个主成分解释了45.85%的变化（图2）。在20和25 dpi时，XM和04z36中包括阿拉伯糖醇、色胺、N-阿魏酰5-羟色胺、脯氨酸甜菜碱和DON在内的17种代谢物被FCR诱导，绿原酸和吡喃木糖苷被FCR侵染持续降低。还发现了一些在XM或者04z36中差异表达的代谢物。代谢物的KEGG富集显示色氨酸代谢在XM和04z36中均显著富集，并且吲哚生物碱生物合成在04z36中特异性富集。![]()
图2 两个品种在接种后20和25 dpi时代谢物的PCA和维恩图
3.JAZ基因在XM和04z36中的差异表达。
KEGG分析显示，XM和04z36共有光合作用、代谢途径、淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢4种途径，植物激素信号转导通路在04z36中特异性富集。GO富集分析表明，与光系统相关的GO项在XM和04z36中富集最显著，茉莉酸（JA）途径在04z36中特异富集，涉及15个JAZ基因，这些基因在04z36中下调表达，而在XM中上调表达（图3A）。JAZ基因是茉莉酸信号传导途径中的负调控因子，其表达变化可能影响植物对FCR的抗性。DEGs还包括苯并噁嗪生物合成途径和酚丙烷生物合成途径中的基因，这些途径的代谢产物与植物的抗病性密切相关。为了验证转录组数据，研究者选择了3个苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因、3个苯并噁嗪途径基因（BX）和4个JAZ基因进行RT-qPCR分析（图3B），2个小麦品种在20 dpi时的RT-qPCR表达谱和转录谱相似。PAL基因在XM中被强烈诱导，在04z36中略有减少。BX基因在XM和04z36中均上调表达，04z36接种后表达量较高。XM和04z36的JAZs在接种后分别上调和下调，呈负表达模式。![]()
图3 接种FCR 20 dpi时XM和04z36显著差异基因的表达变化
4.BOA和MBOA处理显著抑制真菌生长
内源2-苯并噁唑酮（benzoxazolin-2-one, BOA）和6-甲氧基-2-苯唑啉酮（6-methoxy-benzoxazolin-2-one, MBOA）是已知参与真菌抗性的主要苯并恶嗪类药物。研究人员测量了04z36和XM茎基部在7个时间点的内源BOA和MBOA含量（图4），发现接种FCR后，04z36和XM中二者含量均有所增加，初期表现更明显，且04z36中的BOA和MBOA含量均远高于XM。此外，BOA和MBOA在体外和体内均显著抑制病原菌生长（图5）。![]()
图4 接种后7个时间点，新麦26和04中36内源BOA和MBOA含量液相色谱检测
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图5 BOA和MBOA对Fp体外和体内生长的影响
