《食品科学》：贵州大学樊荣副教授等：猕猴桃软腐病菌早期侵染过程的转录组学分析

猕猴桃因其丰富的营养物质和独特口感，深受消费者喜欢，已经成为世界上重要的经济树种。然而，猕猴桃在采后后熟期软腐病发生普遍，发病症状主要表现为表皮凹陷、内部果肉软腐，严重时失去食用价值，极大地影响了猕猴桃果实的产量和品质。国内外已经报道可引起猕猴桃软腐病的病原菌主要有葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）、拟茎点霉菌（Phomopsis sp.）和链格孢菌（Alternaria alternata）等，其中葡萄座腔菌是主要的优势致病菌。

病原菌侵染寄主植物时，特别是在早期侵染过程中会形成并释放大量毒性因子，以改变寄主植物细胞结构、代谢途径等从而促进侵染和致病过程。近年来，转录组测序（RNA-Seq）技术被广泛用于寄主植物与病原物互作过程中分子机制的研究，以揭示病原菌侵染植物后，细胞内一系列相关基因的表达变化，有助于探索病原菌的致病机理。

贵州大学农学院的宋金黄、谭红、樊荣*等研究对葡萄座腔菌侵染猕猴桃24 h和48 h样品的转录组数据展开分析，主要筛选差异基因并对其进行功能注释，挖掘猕猴桃软腐病菌侵染过程中的重要信号通路，以期为深入解析猕猴桃软腐病的发生机理研究提供一定参考依据。

1 葡萄座腔菌差异基因分析

差异基因筛选结果表明，侵染24 h后658 个基因上调表达，1 951 个基因下调表达（图2A）；侵染48 h后921 个基因上调表达，1 979 个基因下调表达（图2B）；而侵染48 h样品相较于侵染24 h样品有554 个上调表达基因和316 个下调表达基因（图2C）。

Venn图结果显示，有650 个差异基因仅存在侵染24 h后，有854 个差异基因仅存在侵染48 h，有1 747 个差异基因在侵染24 h和48 h都存在，侵染48 h相较于侵染24 h存在218 个差异基因（图3A）。有198 个上调表达基因仅存在侵染24 h后，有267 个上调表达基因仅存在侵染48 h，有460 个上调表达基因在侵染24 h和48 h都存在，侵染48 h相较于侵染24 h存在312 个上调表达基因，侵染24 h和48 h有48 个持续上调表达基因（图3B）。有678 个下调表达基因仅存在侵染24 h后，有587 个下调表达基因仅存在侵染48 h，有1 273 个下调表达基因在侵染24 h和48 h都存在，在侵染48 h相较于侵染24 h存在175 个下调表达基因，侵染24 h和48 h有22 个持续下调表达基因（图3C）。

本研究发现

Bdo_11198

基因在葡萄座腔菌侵染猕猴桃早期阶段下调表达，而在葡萄座腔菌侵染苹果枝条36～72 h时该基因却显著上调并能够抑制Bax诱导的烟草程序性细胞死亡，说明葡萄座腔菌对不同寄主的侵染分子机制存在差异，这可能与病菌和寄主的长期进化互作有关。值得注意的是，本研究还发现有48 个差异基因在葡萄座腔菌侵染猕猴桃24 h和48 h持续上调表达，表明它们在该菌对猕猴桃早期侵染过程中可能发挥重要作用。

2 差异基因的功能富集分析

GO功能聚类分析表明，葡萄座腔菌早期侵染阶段的差异基因显著富集于生物过程、分子功能和细胞组分方面。侵染24 h和48 h葡萄座腔菌的差异基因主要富集在生物过程中的跨膜运输、代谢过程、翻译等。细胞组分中主要富集在胞外区、细胞质核糖体大亚基、质膜的整体成分等。分子功能中主要富集在氧化还原酶、核糖体的结构组成、催化活性等。侵染48 h相较于侵染24 h差异基因主要富集在胞外区、蛋白质水解、氧化还原酶、质膜等功能通路中（图4），表明葡萄座腔菌通过调节以上途径破坏寄主猕猴桃的免疫系统。Yun Yingzi等对禾谷镰刀菌的氧化还原酶活性相关基因

FgERG5

研究表明，该基因影响着禾谷镰刀菌生长分化、抗杀菌剂特性及致病性。Mir等对广泛存在于子囊菌中的过氧化物酶基因

MoCCP1

研究发现，

MoCCP1

通过抗氧化防御系统影响稻瘟菌的致病性。由此推测，氧化还原酶活性相关基因可能在葡萄座腔菌对猕猴桃的侵染过程具有重要作用。

通过KEGG富集分析结果表明，侵染24 h和48 h差异基因主要富集在核糖体、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、氨基糖和核苷酸糖代谢、淀粉和蔗糖代谢等通路。侵染48 h相较于侵染24 h差异基因主要富集在甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，丁酸代谢，氨基糖和核苷酸糖代谢等通路（图5）。已有研究表明，核糖体为病原菌侵染过程中提供生长和繁殖所必需的基本组成成分并通过次生代谢的生物合成响应胁迫条件和增强致病力。淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢途径都是真菌的能量来源，有助于真菌的生长和繁殖。这3 条代谢途径是真菌生长不可或缺的能量来源途径，表明这可能是葡萄座腔菌在侵染猕猴桃过程中为快速吸收能量物质而采取的一种策略。

3 葡萄座腔菌差异基因参与核糖体、淀粉和蔗糖代谢及氨基糖和核苷酸糖代谢途径注释

在早期侵染阶段，有83 个葡萄座腔菌差异基因显著富集在真菌核糖体代谢途径中，除了编码结构域膜蛋白（gene-GTA08_BOTSDO10125）、60S核糖体蛋白（gene-GTA08_BOTSDO13677）、核糖体生物合成蛋白（gene-GTA08_BOTSDO03471）和假定蛋白（gene-GTA08_BOTSDO05184）的基因在侵染24 h和48 h呈下调表达外，其余的差异基因在侵染24 h和48 h均上调表达。代谢途径注释分析发现，差异上调表达基因主要编码真核生物翻译过程中发挥重要作用的一些蛋白质因子，包括延伸因子-Tu（EF-Tu）、分泌系统蛋白Y（SecY）以及RNA聚合酶

亚单位（RpoA）等。这些蛋白质因子不仅参与蛋白质合成的关键步骤，如氨基酸转运和翻译精度的控制及蛋白质的分泌过程，还参与细胞内代谢平衡的维持和功能调控（图6）。

有52 个差异基因显著富集在真菌淀粉和蔗糖代谢途径中。代谢途径注释分析发现，β-葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.26）、β-淀粉酶（EC 3.2.1.4）、β-半乳糖苷酶（EC 3.2.1.91）、糖原合成酶（EC 2.4.1.11）注释的基因在侵染24 h和48 h均为上调表达。编码葡萄座腔菌糖苷水解酶（EC 3.2.1）家族的大多数差异基因呈上调表达，如gene-GTA08_BOTSDO10445、gene-GTA08_BOTSDO13896、gene-GTA08_BOTSDO02180、gene-GTA08_BOTSDO13267、gene-GTA08_BOTSDO09998（图7）。Wen Yu等发现大丽轮枝菌糖苷水解酶27家族基因

VdGAL4

参与调控该菌生长发育及对碳源的利用和对非生物胁迫的响应，进而调节大丽轮枝菌的致病性和毒力。因此本研究中，糖苷水解酶基因可能也参与了葡萄座腔菌对猕猴桃的侵染致病过程，后续应进一步研究其侵染致病的分子机制。

显著富集在真菌氨基糖和核苷酸糖代谢途径的差异基因有39 个，其中编码

-淀粉酶（EC 3.2.1.14）、腺苷脱氨酶（EC 3.2.1.14）的基因在侵染24 h上调表达，淀粉转位酶（EC 5.3.1.8）基因在侵染48 h上调表达。在接种24 h和48 h的样品中，编码葡萄座腔菌几丁质结合蛋白的基因（gene-GTA08_BOTSDO05125、gene-GTA08_BOTSDO13571、gene-GTA08_BOTSDO09501）和几丁质脱乙酰酶蛋白编码基因（gene-GTA08_BOTSDO05139）均显著上调，主要参与几丁质生物合成通路（图8）。几丁质是几丁质酶的作用底物，而几丁质酶已被证明在真菌侵染寄主过程中发挥重要作用，表明本研究氨基糖和核苷酸糖代谢途径的差异基因在葡萄座腔菌对猕猴桃的早期侵染和致病过程中可能也发挥了关键作用。

4 关键差异基因相关性网络分析

通过分析葡萄座腔菌侵染猕猴桃24 h和48 h持续上调表达的48 个关键基因之间的相关性发现，gene-GTA08_BOTSDO02829、gene-GTA08_BOTSDO05892、gene-GTA08_BOTSDO07656、gene-GTA08_BOTSDO04487、gene-GTA08_BOTSDO00410、gene-GTA08_BOTSDO01509处于相关性网络的主要节点位置（图9），与其他基因连通度最大，是重要的关键差异基因，主要编码一些结构域类蛋白、核糖体生物合成类蛋白（表2）。此外，gene-GTA08_BOTSDO03981编码天冬氨酸内肽酶。在真菌中天冬氨酸内肽酶被认为与孢子的形成和萌发、致病过程、翻译后调控中有关。gene-GTA08_BOTSDO07440、gene-GTA08_BOTSDO04485和gene-GTA08_BOTSDO05926均为编码细胞色素P450的基因，细胞色素P450在许多真菌次级代谢产物合成路径中具有重要的催化活性，参与多种真菌毒素的生物合成，通常与植物病原菌致病过程密切相关。高明煜等对苹果树腐烂病菌细胞色素P450基因

Vmcyp5

的功能验证也发现，该基因与病原菌黑色素合成、子实体的产生和致病力相关。本结果表明，初侵染过程中持续上调表达的48 个关键差异基因与葡萄座腔菌的侵染致病过程密切相关，其协同调节机制有待进一步探究。

5 差异基因的实时PCR验证

为进一步验证转录组测序结果的准确性，挑选了12 个差异基因进行实时PCR检测，这其中包括处于主要节点的6 个差异基因（表2和表3）。实时PCR结果显示，处于主要节点的6 个差异基因在侵染猕猴桃24 h和48 h均呈现不同程度的上调表达，12 个基因的表达趋势与转录组测序结果一致（图10），表明本研究所用转录组数据准确，结果可信。

结论

本研究基于转录组测序技术，对猕猴桃软腐病菌葡萄座腔菌侵染猕猴桃过程不同时期的差异基因进行鉴定并分析其功能。结果表明，在侵染24 h和48 h分别获得了上调差异基因658 个和921 个，下调差异基因1 951 个和1 979 个，有48 个关键差异基因在侵染24 h和48 h都显著上调表达，GO和KEGG分析表明，侵染24 h和48 h葡萄座腔菌的差异基因显著富集在病菌的核糖体、淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢等途径中，参与碳源利用、有性繁殖和毒力等信号通路，有助于葡萄座腔菌对猕猴桃果实的侵染致病。通过绘制病原菌侵染早期持续上调表达的48 个关键差异基因的相关性网络图，明确了gene-GTA08_BOTSDO02829、gene-GTA08_BOTSDO05892、gene-GTA08_BOTSDO07656、gene-GTA08_BOTSDO04487、gene-GTA08_BOTSDO00410、gene-GTA08_BOTSDO01509 6 个基因是处于网络节点的重要差异基因。本研究可为深入挖掘猕猴桃软腐病关键致病因子提供科学依据。

本文《猕猴桃软腐病菌早期侵染过程的转录组学分析》来源于《食品科学》2025年46卷第8期92-100页，作者：宋金黄，谭红，赵志博，龙友华，胡小平，樊荣*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240927-220。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：东北林业大学 刘芯 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。

图片来源于文章原文及摄图网。

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