百合（Lilium L.）是世界知名的花卉植物，然而在百合的栽培过程中易感染枯萎病。百合枯萎病的病原菌主要为尖孢镰刀菌百合专化型（Fusarium oxysporum sp. lilii），其侵染造成百合肉质根和鳞茎基部变褐腐烂，养分向上运输受阻，进而导致叶片变黄脱落、植株枯萎。我国百合种类丰富，特有种多，其中包括了大量可用于抗病遗传育种的优异种质资源，如原产于四川岷江流域的岷江百合（Lilium regale Wilson）高抗枯萎病。次生代谢产物作为植物基础抗性和诱导抗性的重要组成部分，对植物抵御病原菌的入侵不可或缺，然而对岷江百合中防御枯萎病相关的次生代谢途径及其产物却知之甚少。发掘岷江百合枯萎病防御相关次生代谢产物，解析次生代谢调控枯萎病抗性的分子机制，有助于全面深入认识珍稀种质资源岷江百合的抗病机制。
2024年7月，Horticulture Research 在线发表了昆明理工大学生命科学与技术学院刘迪秋教授团队题为Integrated multi-omics investigation revealed the importance of phenylpropanoid metabolism in the defense response of Lilium regale Wilson to Fusarium wilt 的研究论文。该研究表明，羟基肉桂酸、黄酮、木质素/木脂素、香豆素等苯丙烷类代谢物在岷江百合抗枯萎病的防卫反应中具有重要作用；乙烯响应因子（ERFs）调控苯丙烷类物质的生物合成以响应枯萎病菌侵染。
该研究通过转录组学、蛋白质组学及代谢组学联合分析，发现尖孢镰刀菌侵染后羟基肉桂酸、黄酮、木质素/木脂素、香豆素等苯丙烷类代谢物在岷江百合根中的积累量增加，与此同时，生物合成相关基因及其蛋白质的表达量也显著上升。比色法及高效液相色谱检测表明，尖孢镰刀菌侵染后岷江百合根中的总黄酮、阿魏酸、槲皮素、根皮苷、木质素合成增强；体外抑菌试验显示阿魏酸、槲皮素、根皮苷、总黄酮抑制尖孢镰刀菌的生长及孢子萌发，并能抑制其致病相关基因的表达。转录调控网络分析发现，转录因子ERFs的表达与羟基肉桂酸（阿魏酸）、黄酮（槲皮素、根皮苷）等苯丙烷类代谢物的生物合成正相关。因此，从岷江百合中分离LrERF4，并在岷江百合和西伯利亚百合中分别进行RNAi和过表达，结果表明LrERF4正调控岷江百合对尖孢镰刀菌的抗性。LrERF4表达量下调导致岷江百合对枯萎病的抗性下降，总黄酮、木质素、阿魏酸、槲皮素、根皮苷的含量降低。相反地，过表达LrERF4的西伯利亚百合对尖孢镰刀菌的抗性增强，同时总黄酮、木质素、阿魏酸、槲皮素、根皮苷的含量上升。
综上所述，苯丙烷代谢在岷江百合抗枯萎病的防卫反应中起重要作用，且LrERF4通过调控苯丙烷类物质的合成正调控岷江百合的抗性。
图1 多组学联合分析发现苯丙烷代谢在岷江百合抗枯萎病的防卫反应中起重要作用
昆明理工大学生命科学与技术学院在读博士研究生邓婕为本文的第一作者，在读硕士研究生车晓莉、顾悦参与了本项研究的实验工作，曲媛副教授指导代谢物的检测与分析，刘迪秋教授为本文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31760586）的资助。
https://doi.org/10.1093/hr/uhae140
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