欢迎您访问葡藤匠心网！
关注微信公众号：葡藤匠心、葡萄酒学报
获取更多信息
文献速览 | 西农王西平团队利用F1群体系统揭示了葡萄对灰霉病菌抗性的器官特异性调控机制
发布时间：
2026-05-15
来源：
微生物培养组学
西农王西平团队利用F1群体系统揭示了葡萄对灰霉病菌抗性的器官特异性调控机制
黄酮类化合物构筑葡萄果实“生化防线”
西北农林科技大学研究团队于《Horticultural Plant Journal》发表研究成果。该团队利用抗病品种‘北红’与感病品种‘红地球’构建F1代杂交群体，系统解析了葡萄对灰葡萄孢抗性的器官特异性遗传与代谢机制。研究发现，葡萄叶片与果实的抗病性互不关联，抗病果实通过大量积累黄酮类代谢物直接发挥抑菌活性，外源施用相关化合物可使采后灰霉病病情严重度降低80%以上。该研究为灰霉病绿色防控关键靶标筛选及抗病品种选育提供了重要理论依据。
01 摘要
01 摘要
由死体营养型真菌灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引起的灰霉病严重威胁全球葡萄生产。然而，葡萄不同器官对该病原菌的抗性机制是否统一，长期缺乏系统研究。本研究以抗病种质‘北红’（Vitis vinifera L. × V. amurensis Rupr.）与感病品种‘红地球’（V. vinifera L.）杂交构建的176株F1代群体为材料，结合表型组学、转录组学和代谢组学，系统揭示了器官特异性抗性调控网络。结果表明，叶片抗病与感病表型呈1:1分离比，抗病叶片通过增强抗氧化酶活性缓解氧化应激并延缓真菌定殖；果实抗感分离比则为1:7，且与叶片抗性无显著相关性。基于非靶向代谢组学，在抗病与感病果实中鉴定出550种差异积累代谢物，感病果实亚油酸代谢通路显著富集，抗病果实则大量积累黄酮类化合物。外源施用香蜂草苷、芦丁、杨梅素、木犀草素-7-葡萄糖醛酸苷在250 mg·L⁻¹浓度下使葡萄果实病情严重度降低82%以上，证实黄酮类化合物介导的生化防御是果实抗性的核心机制。
02 引言
灰霉病是葡萄生产中危害最为严重的真菌病害之一，不仅造成田间产量损失，更对采后贮藏与运输构成巨大威胁。当前防控主要依赖化学杀菌剂，但长期使用带来的病原抗药性与食品安全问题日益突出，亟需探索绿色、可持续的替代策略。利用植物自身抗性机制进行品种改良与靶向防控，是实现这一目标的重要途径。然而，灰葡萄孢可侵染葡萄的多个器官，包括叶片、花序和果实，不同器官是否共享同一套抗性机制，是抗病育种中亟待回答的关键问题。已有研究表明，植物对病原菌的防御反应在空间上可表现出显著的器官特异性，叶片与果实的代谢背景差异更可能塑造截然不同的抗性化学环境。基于此，研究团队以抗病与感病亲本构建遗传分离群体，系统解析不同器官的抗性表型分化规律，利用代谢组学挖掘器官特异性的抗病分子基础，并通过体内外功能实验验证关键代谢物的抑菌活性，为葡萄抗灰霉病机制研究与绿色防控策略开发提供新视角。
03 材料与方法
研究团队以抗病种质‘北红’（BH）为母本、感病品种‘红地球’（RG）为父本进行人工杂交，经SSR分子标记验证获得176株F1代杂交种。抗性评价采用两种器官的独立接种体系：叶片采用离体接种法，于2024年进行三次独立实验，接种后72小时依据病斑面积进行抗感分级；果实采用活体伤口接种法，选取52株结果单株进行对应评价。代谢组学分析采用UPLC-MS/MS非靶向平台，对接种后72小时的果实进行系统代谢物鉴定与定量，正交偏最小二乘判别分析结合KEGG通路富集揭示抗感组间的代谢差异。关键代谢物的功能验证分为三个层次：体外平板抑菌实验设置50—500 mg·L⁻¹浓度梯度，测定化合物对灰葡萄孢菌丝生长的剂量依赖性抑制效应；活体果实处理实验以‘秋脆’葡萄果实为材料，评估化合物对采后灰霉病的保护效果；此外，以抗病果实内源黄酮提取物进行抑菌实验及孢子发育显微观察，从多维度确证黄酮类化合物的抗真菌活性。
04 结果与分析
研究所构建的F1代杂交群体首先在叶片和果实层面展现出截然不同的抗性分离规律，揭示出鲜明的器官特异性调控特征。叶片离体接种实验显示，后代群体呈现约1:1的抗感分离比（77株R vs 99株S+HS），抗病叶片仅接种部位出现局部褐化且病斑扩展受限，而高感叶片则呈现近完全组织腐烂。进一步的细胞学观察表明，抗病叶片中孢子萌发起始于24小时且无菌丝穿透，至48—72小时仅出现有限胞内菌丝生长；而感病叶片在24小时前即发生孢子萌发并伴随快速菌丝入侵。抗氧化酶检测显示，抗病叶片的超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性分别是感病后代的2.35倍和3.01倍，表明其通过增强活性氧清除能力有效降低了氧化应激水平。相比之下，果实抗性评价呈现截然不同的遗传模式——约7:1的感抗分离比（45株S vs 7株R），且群体水平分析揭示果实与叶片抗性之间无显著相关性（R = -0.1779，P = 0.20703），明确指向器官特异性防御机制的存在。基于非靶向代谢组学的深入解析，研究团队进一步揭示了果实抗感表型背后的代谢基础。对接种后72小时果实的分析共鉴定2504种代谢物，主成分分析显示抗病组与感病组沿主成分1（30.45%）和主成分2（26.33%）清晰分离，共筛选出550种显著差异代谢物。KEGG通路富集分析表明，感病果实中亚油酸代谢通路显著富集，其代谢产物磷脂酰胆碱、γ-亚麻酸及多种氧脂素的浓度均显著高于抗病果实，提示亚油酸代谢可能通过加剧脂质过氧化损伤增强感病性。而抗病果实则特异性积累黄酮类代谢物，其中芦丁、杨梅素和木犀草素-7-葡萄糖醛酸苷的积累量显著高于感病果实，暗示黄酮及黄酮醇生物合成通路在抗性形成中发挥核心作用。关键代谢物的抗真菌功能评估从体外、活体和内源提取物三个维度得到系统验证。体外抑菌实验显示四种黄酮化合物（香蜂草苷、芦丁、杨梅素、木犀草素-7-葡萄糖醛酸苷）呈现剂量依赖性抑制效应：250 mg·L⁻¹时四种化合物均表现出显著抗真菌活性，500 mg·L⁻¹时达到最大抑制效果，菌落面积较对照减少54%—66.33%。活体果实保护实验中，250 mg·L⁻¹处理使‘秋脆’葡萄灰霉病病情严重度降低82.78%—86.39%，表现出优异的采后防控潜力。广谱性评估进一步表明，这些黄酮化合物在草莓和番茄中同样具有显著保护效果，但其效应呈现物种特异性差异。值得注意的是，抗病果实内源黄酮提取物在100 mg·L⁻¹浓度下即可显著抑制菌丝生长，其效果优于同等浓度的单一外源化合物；显微观察显示，50 mg·L⁻¹处理下孢子从6小时起即出现持续减少，至18小时孢子破裂伴随细胞质外溢，30小时大部分孢子发生完全结构崩解，证实内源黄酮类物质可通过破坏细胞完整性实现多组分协同抑菌。
图 1. 接种 B. cinerea 72 小时后葡萄树亲本和后代叶片的宏观和微观观察
图 2. 72 小时后果实的表型及果实与叶片抗性的相关性分析
图 3. 接种 B. cinerea 后 72 小时的 R 组和 S 组代谢组分析
图 4. 关键代谢途径中代谢物的积累模式
图 5. 体外与灰葡萄孢菌互作的代谢物功能分析
图 6. 与 B. cinerea 在体内相互作用的关键代谢物的功能分析
图 7. 内源性类黄酮对 B. cinerea 生长的抑制作用
05 小结
本研究利用抗感品种杂交的F1代群体，首次系统证明葡萄对灰葡萄孢的抗性呈现叶片与果实互不关联的器官特异性模式，并揭示果实抗性由黄酮类化合物介导的生化防御与紊乱的亚油酸代谢途径协同调控。外源施用关键黄酮化合物可使葡萄果实灰霉病病情严重度降低80%以上，内源黄酮提取物更展现出多组分协同增效的抑菌优势。该成果不仅加深了对植物—病原菌互作过程中器官特异性防御机制的理解，也为灰霉病采后绿色防控关键靶标的开发及抗病品种选育提供了切实可行的理论依据与技术路径。
DOI:10.1016/j.hpj.2025.07.021
推荐下载
