苯丙烷代謝在植物抗病中具有關鍵作用，其產生的酚酸和類黃酮可抑制病原菌的生長和繁殖，有效清除過量活性氧（ROS），還可以作為信號分子調控植物的免疫反應。木質素單體不僅參于細胞壁構建，還能直接抑制病原菌的侵染。擴展青霉（

Penicillium expansum

）是重要的采后病原真菌，對多種溫帶水果具有較強的侵染能力。已有報道表明，

P. expansum

侵染可顯著上調蘋果果實病健交界處苯丙烷代謝相關基因（

PAL1

PAL2

COMT2

POX64

）表達，促進木質素積累，增強病健交界組織處苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性及抗病相關次生代謝產物的合成。此外，

P. expansum

侵染還可激活梨果實病健交界處的PAL，提高總酚、類黃酮和木質素的含量。這些結果表明，苯丙烷代謝在果實抵御

P. expansum

侵染中發(fā)揮了重要作用。

小G蛋白（小GTPases）是真菌中一類重要的GTP結合蛋白家族，能夠通過調控絲裂原活化蛋白激酶和環(huán)磷酸腺苷信號通路，參與真菌的生長、發(fā)育、產毒和致病過程。根據結構和功能的不同，小GTPases主要分為Ras、Rho、Rab/Ypt、Arf/Sar和Ran 5 個亞家族。已有研究發(fā)現，小GTPases缺失可顯著削弱

P. expansum

對果實的致病力。

甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院的范高麗、張學梅、畢陽*等采用

P. expansum

的野生型（WT）、Rho4缺失突變株（ Δ

PeRho4

）和回補突變株（Δ

PeRho4-C

）接種蘋果果實，比較接種果實病斑直徑的差異；結合轉錄組學技術篩選病健交界處的差異表達基因（DEGs），并測定苯丙烷代謝關鍵酶基因的表達量、酶活性及抗病相關次級代謝產物的變化。旨在闡明小GTPase在果實誘導抗病過程中的作用機制，為病原真菌與果實互作關系提供新的分子生物學證據。本研究不僅可以豐富植物-病原菌互作的基礎理論研究，亦有望為采后果實病害的生物防控提供新的理論支撐和實踐參考。

1

PeRho4

缺失菌株接種對果實病斑大小和直徑的影響

病斑大小常被用 作評估病原真菌對果實致病力的重要參數。接種后果實的病斑大小隨時間延長逐漸增加，Δ

PeRho4

接種果實的病斑顯著小于WT接種果實，Δ

PeRho4-C

接種果實的病斑大小與WT接種果實接近（圖1A）。接種后果實的病斑直徑明顯增加，Δ

PeRho4

接種果實的病斑直徑顯著低于WT接種果實，第5天時低24.08%，Δ

PeRho4-C

接種果實的病斑直徑與WT接種果實接近（圖1B）。綜上，ΔPeRho4菌株接種降低了其對蘋果果實的致病力。

2 Δ

PeRho4

接種對果實病健交界處組織DEGs的影響

通過轉錄組測序技術對WT和Δ

PeRho4

接種果實的病健交界組織進行比較分析，共篩選到216 個DEGs，其中65 個DEGs顯著上調，151 個DEGs明顯下調（圖2A）。基因本體論（GO）富集分析結果顯示，DEGs主要富集在膜、氧化還原酶活性、細胞外區(qū)域、超氧化物代謝過程、細胞壁和活性氧代謝等過程（圖2B）。京都基因與基因組百科全書（KEGG）富集分析結果顯示，DEGs共富集到83 個代謝通路，前5 個代謝通路依次為新陳代謝、次級代謝生物合成、苯丙烷類生物合成、植物激素信號轉導、半乳糖代謝（圖2C，WT-6 h vs

Rho4-6

h）。涉及苯丙烷代謝的4 個DEGs上調。其中，

CYP73A14

（ncbi_103418775）參與苯丙烷代謝第2步反應，

CAD1

（MSTRG.29139）參與木質素單體形成，

ALDH2C4

（ncbi_103400588）參與木質素單體聚合，

SAT

（ncbi_103431869）參與催化類黃酮糖苷的?；深慄S酮。Δ

PeRho4

接種后這4 個基因分別上調了2.94、4.50、2.72 倍和2.29 倍（圖2D）。

3 Δ

PeRho4

接種對果實病健交界處組織苯丙烷代謝相關酶基因表達量和活性的影響

PAL、C4H、4CL和CAD是參與苯丙烷代謝的關鍵酶。Δ

PeRho4

和WT接種果實的PAL表達量和活性均呈單峰型變化，Δ

PeRho4

接種果實的表達量和活性顯著高于WT接種果實，第1天的表達量和第3天的活性分別高出31.52%和59.77%（圖3A、B）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的C4H表達量和活性均先降低后升高，Δ

PeRho4

接種果實的表達量和活性顯著高于WT接種果實，7 d時分別高出89.57%和27.80%（圖3C、D）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的4CL表達量呈單峰型變化，Δ

PeRho4

接種果實的表達量和活性顯著高于WT接種果實，5 d時分別高出3.46 倍和28.91%（圖3E、F）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的CAD表達量和活性均呈雙峰型變化，第5天的表達量和第7天的活性分別高出WT接種果實45.34%和17.93%（圖3G、H）。上述結果表明，Δ

PeRho4

接種激活了果實病健交界處的PAL、C4H、4CL和CAD。

4 ΔPeRho4接種對果實病健交界處組織5 種酚酸和總酚含量的影響

酚酸是苯丙烷代謝合成的重要產物。Δ

PeRho4

和WT接種果實的

p

-香豆酸和肉桂酸含量均呈單峰型變化，Δ

PeRho4

接種果實的含量顯著高于WT接種果實，3 d時分別高出80.92%和18.19%（圖4A、B）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的咖啡酸含量呈雙峰型變化，Δ

PeRho4

接種果實的含量顯著高于WT接種果實（圖4C）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的阿魏酸、芥子酸和總酚含量均逐漸升高，Δ

PeRho4

接種果實的含量均顯著高于WT接種果實，在3 d時分別高出49.63%、47.95%和16.65%（圖4D～F）。上述結果表明，Δ

PeRho4

接種提高了果實病健交界處組織的5 種酚酸和總酚水平。

5 ΔPeRho4對果實病健交界處組織3 種木質素單體、木質素和類黃酮含量的影響

肉桂醇、芥子醇和松柏醇是構成木質素的3 種單體。Δ

PeRho4

和WT接種果實的肉桂醇和松柏醇含量均逐漸升高，Δ

PeRho4

接種果實的含量顯著高于WT接種果實，1 d時分別高出67.04%和52.26%（圖5A、B）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的芥子醇含量呈單峰型變化，且Δ

PeRho4

接種果實含量顯著高于WT接種果實（圖5C）。Δ

PeRho4

和WT接種果實的木質素和類黃酮含量均逐漸升高，Δ

PeRho4

接種果實的含量均顯著高于WT接種果實（圖5D、E）。上述結果表明，Δ

PeRho4

接種提高了果實病健交界處組織的3 種木質素單體以及木質素和類黃酮的水平。

苯丙烷代謝在果實抵御病原菌侵染中發(fā)揮著關鍵作用。該途徑的起始步驟由PAL催化苯丙氨酸脫氨反應，生成反式肉桂酸，經C4H作用生成

p

-香豆酸，進一步羥基化和甲基化修飾后依次生成咖啡酸、阿魏酸和芥子酸。這些酚酸可通過4CL活化轉化為相應的輔酶衍生物，隨后在CAD等酶催化下形成木質素單體，參與細胞壁木質素的生物合成。此外，苯丙烷代謝的中間產物還可作為查耳酮合酶和查耳酮異構酶作用底物，合成類黃酮等次生代謝產物，增強植物抗病性。本研究發(fā)現，在Δ

PeRho4

接種誘導了果實病健交界處的PAL、C4H、4CL和CAD活性及其基因表達量（圖3），提高了5 種酚酸、3 種木質素單體、總酚、木質素以及類黃酮的含量（圖4、5）。表明苯丙烷代謝被顯著激活。轉錄組分析還發(fā)現與苯丙烷代謝相關的多個基因上調（圖2），進一步支持這一代謝通路在防御反應中被誘導活化。

值得注意的是，與野生型菌株相比，Δ

PeRho4

突變株的致病性明顯下降，表現在病斑擴展速度減緩和病斑直徑減小。這種致病性削弱可能導致宿主果實受損程度降低，從而影響果實防御反應的啟動與調控。已有研究表明，病原菌的致病力和宿主的防御反應存在密切關聯，當病原的致病力下降時，宿主可通過調整代謝途徑，增強局部防御反應以抵御侵染進展。此外，植物激素在防御反應調控中也發(fā)揮著重要作用。轉錄組數據表明，Δ

PeRho4

接種果實病健交界處水楊酸（SA）信號通路上調，赤霉素（GA）和生長素（IAA）合成相關基因下調。已有研究證實，SA在誘導植物抗病性反應、激活苯丙烷代謝和促進酚類物質積累中具有重要作用。而IAA和GA常與SA信號存在拮抗關系。因此，推測

Rho4

缺失導致的致病性下降，可能通過促進SA信號積累，進一步增強了果實苯丙烷代謝及防御物質的合成。

呼吸代謝在果實抗病中發(fā)揮著重要作用，既可為抗病物質的形成提供碳骨架，又可提供抗病所需的能量和還原力。糖酵解和磷酸戊糖途徑可提供莽草酸途徑的底物磷酸烯醇丙酮酸和赤鮮糖-4-磷酸，促進苯丙氨酸合成，從而為苯丙烷代謝提供前體物質。同時，呼吸代謝還能通過生成ATP和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH，為防御代謝提供能量與還原力。表明Δ

PeRho4

接種不僅激活了苯丙烷代謝通路，也可能通過增強呼吸代謝途徑，間接促進了防御物質的合成積累。

綜上所述，

Rho4

基因缺失導致

P. expansum

致病力下降，果實在較低侵染壓力下通過上調SA信號通路、激活苯丙烷代謝，增強防御相關次生代謝產物積累。同時，基礎呼吸代謝的增強也為防御反應提供了必要的能量和前體物質。該研究揭示了病原真菌小GTPase通過調控宿主防御反應的潛在機制，為進一步解析病原-宿主互作關系及采后果實病害防控提供了新的理論依據。

結論

PeRho4

接種顯著激活了蘋果果實病健交界處的苯丙烷代謝途徑，并伴隨相關抗病代謝產物的積累，提示病原菌致病性減弱可能通過誘導寄主防御反應調控苯丙烷代謝。本研究證明了

PeRho4

缺失可激活果實病健交界處組織的苯丙烷代謝，為闡明病原真菌小GTPase在誘導果實抗病中的作用機制提供了新證據。

通信作者：

畢 陽 教授

甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院

畢陽，男，漢族，河北省井陘縣人，無黨派代表人士。甘肅省政府參事，甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院教授、博士研究生導師。國際沙棘協(xié)會技術委員會委員，中國植物病理學會產后病理學專業(yè)委員會副主任委員，中國水土保持學會水土保持植物專業(yè)委員會副主任委員，中國農學會農產品物流分會副主任委員，中國農業(yè)工程學會農產品物流工程專業(yè)委員會副主任委員，中國菌物學會食用菌采后與加工產業(yè)分會副會長，中國農學會農產品貯藏加工分會常務理事，中國園藝學會采后科學與技術分會常務理事，“科創(chuàng)中國”“一帶一路”國際特色果品產業(yè)科技創(chuàng)新院理事會副理事長，農業(yè)農村部農產品冷鏈物流標準化技術委員會副主任委員，教育部高等學校食品科學與工程類專業(yè)教學指導委員會委員?！禙rontiers in Plant Science》副主編，《甘肅農業(yè)大學學報》副主編、編委，《中國農業(yè)科學》《Journal of Integrative Agriculture》《Horticulturae》《Future Postharvest and Food》《食品科學》《食品工業(yè)》和《食品安全質量檢測學報》編委。

1982年本科畢業(yè)于甘肅農業(yè)大學園藝系，1982年至1986年在蘭州市果品茶葉公司工作，1989碩士畢業(yè)于新疆農業(yè)大學農產品貯藏加工專業(yè)，1989年至今在甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院任教，2006年在職博士畢業(yè)于蘭州大學生命科學院植物學專業(yè)。法國國家農業(yè)研究院昂熱研究中心和中國科學院植物研究所高級訪問學者。主要從事果蔬采后生物學與技術、果蔬加工和果蔬真菌毒素方面的教學和科研工作，專長于果蔬采后病害的發(fā)生機理及其控制。先后主持完成國家和省部級科研項目20余項，獲全國商業(yè)科技進步特等獎1 項，省部級科技進步一等獎1 項、二等獎4 項，省部級自然科學和技術發(fā)明二等獎各1 項。主編專著和教材3 部，副主編專著和教材5 部，參編專著和教材6 部（其中國外專著4 部）。在《Plant Physiology》《Plant Journal》《Food Chemistry》《Postharvest Biology and Technology》《中國農業(yè)科學》和《食品科學》等國內外學術刊物和國際會議論文集發(fā)表論文400余篇，其中SCI論文150余篇。指導畢業(yè)博碩士研究生百余名。

第一作者：

范高麗碩士研究生

甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院

女，漢族，中共黨員， 2001年3月22日出生于山東省煙臺市。2023年7月畢業(yè)于內蒙古農業(yè)大學食品科學與工程學院食品質量與安全專業(yè)，獲得工學學位；2023年9月考入甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院食品工程專業(yè)攻讀碩士研究生，師從畢陽教授，主要研究方向為采后生物學與技術。

本文《擴展青霉Rho4基因缺失關聯蘋果果實病健交界處苯丙烷代謝的激活》來源于《食品科學》2025年46卷第19期107-115 頁， 作者：范高麗，張學梅，王雪雪，朱丹丹，項芯悅，宗元元，Dov PRUSKY1，畢 陽*。 DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250408-056。 點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。

實習編輯：林安琪；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網