花生白绢病是由齐整小核菌（Sclerotium rolfsii）引起的一种广泛而毁灭性的土传病害。通常，由于发现不及时，很难通过劳动密集型的杀菌剂叶面喷雾进行有效控制。且杀菌剂的广泛使用和当前气候模式的变化，使得该病原菌对许多常用杀菌剂产生了抗药性如琥珀酸脱氢酶类和三唑类杀菌剂等。因此，迫切需要有效且环境友好的替代产品。
Graphical abstract
大黄素甲醚（Physcion, PHY）是一种属蒽醌类化合物，可从中药大黄、沙棘和虎杖等多种植物中分离得到，不仅具有广谱的医用价值，还具有良好的农药活性。在该研究中，作者首先明确了0.5%大黄素甲醚种子处理悬浮剂对花生的安全剂量范围。以0.08、0.16和0.32 g AI kg–1seed的PHY处理花生种子发现，其对花生幼苗生长和叶片光合作用能力均有显著促进作用。且PHY种子处理可提高了花生根中关键防御酶活性，包括过氧化物酶、超氧化物歧化酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、脂氧合酶和苯丙氨酸解氨酶，增加了侵染部位胼胝质积累和木质素合成，并增强了根系活力。此外，PHY种子处理可以促进活性氧（ROS）、水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）/乙烯（ET）在花生根中的积累，同时降低丙二醛（MDA）含量，以应对S.rolfsii的侵染损害。
Figure 7 Transcriptomic and metabolomic analyses of peanut roots in response to S. rolfsii infection after PHY seed treatment. (A) KEGG enrichment analysis of differentially expressed genes between CK21 and P21. (B) Heatmap showing the expression patterns of 20 selected DEGs from RNA-seq and qRT-PCR data. (C) Contents of salicylic acid and jasmonic acid in peanut roots quantified by UPLC-MS/MS.
为了进一步探讨花生中S.rolfsii和PHY的相互作用机制，作者采用转录组学和代谢组学方法分析了PHY种子处理后花生根系对S.rolfsii侵染的响应变化。转录组学分析表明，CK21和P21之间的差异表达基因（DEGs）经过KEGG途径富集分析显示在不同途径显著富集，包括植物激素信号转导、MAPK信号通路、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成和植物-病原体相互作用途径（Fig.7A）。为了证实RNA-seq数据的准确性，通过qRT-PCR分析选择了20个与这些途径相关的DEG进行验证，其显示出与RNA-seq的数据一致的表达模式（Fig.7B）。KEGG对转录组数据的富集分析结果表明，DEGs在SA和JA介导的防御途径中显著富集。为了验证这一发现，使用UPLC-MS/MS来量化花生根中SA和JA的水平。结果表明：与CK21相比，PHY种子处理在S.rolfsii感染期间增加了花生根中的SA和JA水平。具体而言，P21中SA的平均含量（1123.87±19.59 ng g-1 FW）比CK21中SA的含量（1014.55±22.43 ng g-1 FW）高10.77%。同样，P21中JA的平均含量（32.74±1.77ng g-1 FW）比CK21中的JA平均含量（21.17±2.61ng g-1 FW）高54.65%。转录组数据和代谢组学进一步证实了PHY种子处理激活了花生根中SA和JA/ET介导的植物防御途径，增强了花生植物对S.rolfsii的抗性。综上所述，PHY可通过激活SA和JA/ET途径，促使关键防御酶、ROS、胼胝质和木质素等产生级联反应，为成功防御S.rolfsii的侵染建立复杂的免疫网络系统。简言之，PHY有望被开发成一种新的植物源的免疫激活剂或杀菌剂，以增加花生病害控制的选择和手段。
我院王芹芹助理研究员和周琳教授为论文共同通讯作者。我院硕士研究生刘迪和毛雪伟讲师为共同第一作者。何磊鸣副教授、王立讲师参与指导了该项研究工作。河南植物保护植物检疫站张国彦研究员和内蒙古清源保生物科技有限公司张富龙也参与指导了该研究工作。研究得到河南省重大科技专项（221100110100），河南省花生产业技术体系植保岗位专家（HARS-22-05-G3）和河南农业大学高层次人才专项支持基金（30501425）等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c02519
