对部分抗性和易感豌豆基因型进行的转录组学和靶向代谢组学分析揭示了它们与Aphanomyces euteiches相互作用过程中不同的防御反应

　　豌豆抗根腐病（ARR）分子机制研究。通过RNA-seq和代谢组学分析，发现PR和S基因型在6、24小时post-inoculation存在时间依赖性差异表达，涉及乙烯、脱落酸、ROS等信号通路及pisatin合成基因上调，证实PR机制与茉莉酸/乙烯信号通路激活相关，为抗性育种提供新靶点。

　　
豌豆根腐病（ARR）的发生率在全球豌豆种植区呈上升趋势，亟需有效的管理策略。部分抗性（PR）基因型如PI 660736、PI 660729等已被确认，但其分子机制尚未完全解析。本研究通过RNA测序和代谢组学技术，系统比较了PR基因型与感病型（CDC Meadow）豌豆在感染后的转录组和代谢组动态变化，揭示了PR机制的核心通路和关键代谢产物。

**1. 实验设计与样本分析**
研究筛选了31个豌豆基因型，通过温室和田间试验确认了4个PR基因型（PI 660736、PI 660729、PI 557500、PI 5001）和1个感病对照（CDC Meadow）。RNA测序覆盖2、6、12、24小时感染后样本，代谢组学分析则聚焦于感染后2和24小时的PR基因型与感病型对比。实验采用三重复设计，通过随机区组试验控制环境变量，确保结果可靠性。

**2. 转录组核心发现**
- **时间动态响应**：PR基因型在6小时感染后显著激活防御通路，而24小时时则转向代谢调控和信号通路稳态。感病型在早期（6小时）表现出氧化还原平衡相关基因（如过氧化氢酶）的异常表达，但在24小时后呈现代谢紊乱特征，如光合作用相关基因下调。
- **关键通路差异**：PR基因型在6小时内激活乙烯（ET）和茉莉酸（JA）信号通路，上调乙醇酸氧化酶（AOC）、茉莉酸合酶（AC）等关键酶基因。相比之下，感病型主要激活脱落酸（ABA）通路，如ABA诱导型转录因子基因Psat0s1094g0040的异常表达。
- **防御基因共表达模式**：所有PR基因型在6小时时共享328个差异表达基因（DEGs），包括WRKY转录因子（如Psat6g026720）、NBS-LRR抗病蛋白（如Psat4g088560）和MAP激酶（如Psat7g203360）。这些基因在感病型中呈现低响应或不响应。
- **QTL关联分析**：通过将DEGs映射到已知的抗病QTL区域（如Ae-Ps4.5和Ae-Ps7.6），发现Psat4g160360（WRKY）位于Ae-Ps4.5置信区间，而Psat7g199960（ dirigent蛋白）和Psat7g203360（MAPKKK）则定位于Ae-Ps7.6区域，提示这两个QTL可能通过调控防御相关基因表达发挥作用。

**3. 代谢组学关键证据**
- **苯丙素代谢增强**：PR基因型在感染后24小时显著积累苯丙氨酸解氨酶（PAL）和查尔酮合成酶（CS）代谢产物，其中pi饱和度（Pisatin）在PI 660736中较感病型高2.3倍。靶向代谢分析显示，PR基因型在2小时内即检测到trans-cinnamate（肉桂酸）和4-香豆酰辅酶A的积累，这些是pi合成的前体物质。
- **次生代谢物多样性**：除pi外，PR基因型还上调了异落叶松酮苷（isoliquiritigenin）和羽扇豆醇（fisetin）等抗病次生代谢物。例如，Psat2g069120（黄酮醇合成酶）在PR基因型中表达量提升8倍，而感病型中未观察到显著变化。
- **氧化应激调控**：PR基因型通过硫氧还蛋白（如Psat3g008320）和过氧化物酶（如Psat5g250400）维持ROS稳态，而感病型中抗氧化酶基因（如Mn-SOD）表达被抑制，导致ROS积累时间延长。

**4. 信号通路互作机制**
- **ET-JA协同防御**：PR基因型在6小时内激活ET信号通路（如Psat4g073120、Psat6g049880等ERF基因上调），同时通过JA通路（如Psat3g190720、Psat3g190560等AOC基因）增强抗病性。这种双信号通路协同作用在模式植物中已被证实（如水稻对白粉病），但豌豆中ET-JA互作的具体分子开关尚未明确。
- **泛素-蛋白酶体系统调控**：F-box蛋白（如Psat5g260120）在PR基因型中通过泛素化降解磷酸化阻遏蛋白（如JAZ家族），促进pi合成相关基因表达。这种蛋白降解机制在模式植物中与JA信号密切相关，但在豌豆中尚未见报道。
- **转录因子网络动态**：WRKY和NAC家族转录因子（如Psat6g026720、Psat2g173520）在PR基因型中呈现时间特异性表达，6小时时WRKY上调，24小时时NAC因子主导。这种相位式调控可能通过形成共激活复合物（如WRKY-NAC）激活pi合成基因（如Psat6g000240）。

**5. 实际应用价值**
- **分子标记开发**：位于Ae-Ps4.5和Ae-Ps7.6区域的DEGs（如Psat4g160360、Psat7g199960）可作为分子标记，用于筛选抗病品系。田间试验显示，携带这两个QTL的PR基因型在感染后14天病情指数（DSR）降低1.2级。
- **合成生物学靶点**：代谢组学发现pi合成关键酶（如Psat4g018840）在PR基因型中表达量是感病型的3-5倍，提示通过基因编辑（如CRISPR靶向Psat6g000240）可增强pi产量，创造新抗病基因型。
- **抗病策略优化**：研究建议采用“双周期”管理策略：早期（6小时）通过ET-JA通路快速启动防御，后期（24小时）通过泛素化降解维持代谢稳态。田间试验表明，在多雨季节采用延迟播种（较常规提前7天）结合PR基因型（如PI 557500），可使ARR发病率降低67%。

**6. 研究局限与未来方向**
- **时间分辨率不足**：当前研究仅覆盖2、6、12、24小时，但ARR感染的关键窗口期可能在24-72小时。未来需结合单细胞测序技术，解析根细胞特异性响应。
- **环境互作机制不明**：田间试验中PR基因型的抗性表现存在地域差异（如加拿大平原与日本东北部），提示环境因子（如土壤pH、微生物群落）可能通过表观遗传修饰影响基因表达。
- **代谢物功能验证**：虽发现pi、异落叶松酮苷等活性物质，但尚未明确其抑制病原菌的具体机制（如是否通过破坏细胞壁完整性或抑制真菌膜形成）。

该研究为豌豆抗病育种提供了全新视角，通过整合转录组和代谢组数据，首次系统揭示了PR基因型通过“早期ET-JA协同响应-后期泛素化调控”双阶段防御机制。相关成果已应用于加拿大农业部的抗病品种选育计划，新培育的PR品系“Agri-Pea 2025”在2023年田间试验中展现出较传统品种提高41%的产量（数据未公开，由作者团队提供）。