整合转录组和代谢组学分析揭示玉米对层出镰孢茎腐病的响应机制.pdfVIP

中国农业科学2025,58(1):75-90

ScientiaAgriculturaSinicadoi:10.3864/j.issn.0578-1752.2025.01.006

整合转录组和代谢组学分析揭示玉米对层出镰孢

茎腐病的响应机制

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曹言勇，程泽强，马娟，杨文博，朱卫红，孙新艳，李慧敏，夏来坤，段灿星

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河南省农业科学院粮食作物研究所/神农种业实验室，郑州450002；中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种全国重点实验室，

北京100081

Fusariumproliferatum）近年来

摘要：【目的】玉米茎腐病严重威胁玉米的产量与品质，其致病菌复杂，层出镰孢（

逐渐成为主要病原之一。本研究旨在通过多组学联合分析，深入探究玉米对层出镰孢茎腐病的响应机制，明确差异基

因和差异代谢物富集的信号通路在玉米抗病过程中的关键作用，为玉米抗茎腐病育种和病害防控提供理论依据。【方法】

选择对层出镰孢具有不同抗性的玉米自交系ZC17（抗病）和CH72（感病）作为研究材料。在玉米9叶期，对其进行接

种处理，接种组注射层出镰孢菌液，模拟接种组注射等量的PDB，随后用凡士林封闭伤口。接种后7d，采集接种区域

上下茎段中间位置的组织样本，分别用于转录组测序和非靶向代谢组学检测。同时对接种后的植株进行茎腐病症状评

估，计算茎腐病平均评分（SRSA）和病情指数（DSI）。利用多种生物信息学工具对转录组测序数据和代谢组学数据进行

分析，并通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）对差异基因进行验证。【结果】表型和生理数据显示，接种层出镰孢后，CH72

发病程度显著高于ZC17，其SRSA增加2.48倍，DSI增加35.36%。转录组和代谢组的PCA结果显示，各组内样本的重

现性很高，ZC17和CH72相互分离，FP组和MK组相互分离。转录组分析表明，接种后CH72的差异表达基因数量多于

ZC17，但二者近50%的差异基因表达趋势相同。功能注释和富集分析发现，差异基因和差异代谢物主要富集于植物次生

代谢产物生物合成、苯丙氨酸代谢、植物激素生物合成及植物-病原体相互作用等途径。转录组和代谢组联合分析证实，

苯丙氨酸代谢以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成在玉米抗层出镰孢过程中起关键作用。此外，多个转录因子家

族（如MYB、bHLH、NAC和WRKY等）在接种层出镰孢后被显著激活，表明这些转录因子在玉米抗病分子调控网络中可

能发挥重要作用。qPCR与转录组测序结果在4个组中的表达趋势一致，Spearman相关分析也显示转录组测序数据和qPCR

结果之间高度一致（r=0.75，P=7.5e-05）。【结论】苯丙氨酸代谢相关途径在玉米响应层出镰孢茎腐病中至关重要；C4H、

PAL、ADT、GOT等关键酶以及显著上调的代谢物如2-香豆酸、3-羟基肉桂酸、吲哚、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸在植

物抗病中起重要作用。本研究挖掘出的潜在抗病相关转录因子、基因和代谢物可为深入解析玉米对层出镰孢茎腐病的

分子响应机制提供重要依据。

关键词：转录组；代谢组；玉米茎腐病；层出镰孢；苯丙氨酸代谢

IntegratingTranscriptomicandMetabolomicAnalysesReveals

MaizeResponsestoStalkRotCausedbyFusariumproliferatum

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CAOYanYong,CHENGZeQiang,MAJuan,YANGWenBo,ZHUWeiHong,SUNXinYan,LIHuiMin,

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