辣椒抗疫病分子机制新探：转录组分析揭示关键基因与防御网络

时间：2025年3月30日

来源：BMC Genomics

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为探究辣椒抗疫病的分子机制，辽宁农业科学院等机构的研究人员以辣椒品种 “ZCM334” 和 “Early Calwonder” 为材料，开展转录组分析。结果发现多个关键基因和代谢途径，构建了防御信号网络模型，为辣椒抗疫病育种提供理论依据。

辣椒，这种在全球餐桌上都占据一席之地的蔬菜，因其独特的风味和高营养价值备受人们喜爱。然而，疫霉菌（Phytophthora capsici Leonian）引发的疫病，却如同一颗毒瘤，严重威胁着辣椒的产量和品质。一旦感染，辣椒植株可能迅速枯萎，果实腐烂，给种植户带来巨大的经济损失。目前，辣椒抗疫病的遗传规律复杂，免疫机制尚不明确，缺乏广泛适用的抗疫病资源，这使得抗疫病育种进展缓慢。在此背景下，辽宁农业科学院等机构的研究人员开展了相关研究，旨在揭示辣椒抗疫病的分子机制，挖掘关键基因，为抗疫病育种提供理论支持。该研究成果发表于《BMC Genomics》，具有重要的科学意义和应用价值。

研究人员为了深入探究辣椒抗疫病的分子机制，选用了对疫霉菌生理小种 3 免疫的高代自交系 “ZCM334” 和易感材料 “Early Calwonder” 作为实验材料。研究人员采用了转录组测序（RNA-seq）技术，对辣椒接种疫霉菌后不同时间点（0、12、24、48 小时）的根部进行分析。

研究结果主要有以下几方面：

表型特征：接种疫霉菌 10 天后，“Early Calwonder” 植株出现枯萎、落叶、根茎变黑等症状，而 “ZCM334” 植株无感染迹象，生长未受影响。石蜡切片结果显示，“Early Calwonder” 根部木质化程度升高，细胞逐渐退化，“ZCM334” 根部细胞则保持完整。
转录组测序数据质量：对 24 个根样本进行转录组测序，获得 197.93Gb 的清洁数据，样本的 Q30 碱基百分比超过 93%，GC 含量在 42.4% - 42.99% 之间，数据质量良好，可用于后续分析。
差异表达基因（DEGs）鉴定：以接种前的样本为对照，筛选出不同时间点的 DEGs。结果显示，接种后 “ZCM334” 中的 DEGs 数量多于 “Early Calwonder”，且两者在接种后 24 小时和 48 小时分别出现最多的 DEGs，表明抗性和易感材料对疫霉菌感染的基因表达模式存在差异。
DEGs 功能富集分析：基因本体（GO）功能富集分析表明，DEGs 主要富集在生物过程和分子功能类别。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析显示，DEGs 显著富集在次生代谢物生物合成、苯丙烷生物合成、植物激素信号转导等代谢途径，这表明辣椒对疫霉菌的抗性与这些代谢途径密切相关。
关键防御基因的验证：随机选取 10 个 DEGs 进行实时定量 PCR（qRT-PCR）验证，结果表明转录组测序数据准确可靠。进一步分析发现，“ZCM334” 中一些关键防御基因在接种后 12 或 24 小时表达量最高，这些基因可能在抵抗疫霉菌感染中发挥重要作用。

研究结论和讨论部分指出，“ZCM334” 是一种宝贵的抗疫病免疫材料，其对疫霉菌感染的快速响应和高数量的 DEGs 表明它可能具有独特的免疫机制。研究筛选出的 23 个与植物抗病相关的防御基因，以及在 “ZCM334” 中特异性表达的 83 个与抗病相关的 DEGs，为进一步探索辣椒抗疫病的分子机制提供了重要的基因资源。这些基因参与了植物 - 病原体相互作用、模式触发免疫（PTI）和效应物触发免疫（ETI）等过程，它们通过激活防御信号通路、促进次生代谢物合成等方式，增强辣椒对疫霉菌的抗性。

综上所述，该研究通过转录组分析，揭示了辣椒抗疫病的关键基因和代谢途径，构建了防御信号网络模型，为深入理解辣椒抗疫病的分子机制提供了新的视角。这不仅有助于推动辣椒抗疫病育种的发展，还为其他植物抗病研究提供了参考，具有重要的理论和实践意义。未来研究可进一步对关键抗性基因进行功能验证，深入探究 “ZCM334” 抵抗疫霉菌的调控机制，为培育更具抗性的辣椒品种奠定基础。