中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (9): 1767-1778.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.007
谭西北1(), 兰徐颖2, 刘崇怀1, 樊秀彩1, 姜建福1, 孙磊1, 李鹏1, 余书鑫1, 张颖1,3(
)
收稿日期:
2024-12-17
接受日期:
2025-02-18
出版日期:
2025-05-08
发布日期:
2025-05-08
通信作者:
联系方式:
谭西北,E-mail:tanxibei96@163.com。
基金资助:
TAN XiBei1(), LAN XuYing2, LIU ChongHuai1, FAN XiuCai1, JIANG JianFu1, SUN Lei1, LI Peng1, YU ShuXin1, ZHANG Ying1,3(
)
Received:
2024-12-17
Accepted:
2025-02-18
Published:
2025-05-08
Online:
2025-05-08
摘要:
【目的】 探究次生代谢物在葡萄抗白腐病中的作用,揭示与葡萄抗白腐病相关的代谢物。【方法】 采用抗病品种刺葡萄0941(Vd)和感病品种美人指(Vv)转色期的果实为试材,在果梗处针刺形成伤口并接种白腐病原菌,接种后在不同时间点(0、24、48 h)收集去除感染部分后的果实,利用广泛靶向代谢组技术对抗病品种刺葡萄和感病品种美人指果实进行代谢物检测。【结果】 共检测到960种代谢物,分为12大类,如氨基酸及其衍生物、酚酸类、核苷酸及其衍生物、黄酮类和脂质等。主成分分析(PCA)和层次聚类分析(HCA)显示,抗病品种和感病品种在白腐病侵染前后的代谢物存在显著差异。以|log2 fold change|≥1,P-value≤0.01作为筛选差异代谢物的阈值,共筛选出501种差异代谢物。在白腐病侵染后刺葡萄和美人指发生不同代谢响应,特别是侵染后的24和48 h差异代谢物数量和变化幅度在感病品种中更为显著。KEGG富集分析显示,这些差异代谢物主要富集在次生代谢物的生物合成、黄酮和黄酮醇的生物合成、ABC转运蛋白、抗坏血酸和醛酸代谢、氨基酸的生物合成等代谢途径。WGCNA鉴定出包括1种氨基酸及其衍生物(O-乙酰丝氨酸),1种酚酸类物质(熊果苷),1种黄酮类物质(矢车菊素-3-O-(6''-O-咖啡酰)葡萄糖苷),7种萜类物质(α-香树脂酮、白桦脂醇、3-表熊果酸、2-羟基齐墩果酸、山楂酸、麦珠子酸、3,24-二羟基-17,21-半缩醛基-12(13)齐墩果酸)在内的10种可能与抗病相关的次生代谢物。【结论】 揭示了白腐病侵染下葡萄的代谢物变化,这些在抗病品种刺葡萄中上调的次生代谢物(氨基酸及其衍生物、酚酸类物质、黄酮类物质和萜类物质)可能在抗白腐病过程中发挥重要作用。
谭西北, 兰徐颖, 刘崇怀, 樊秀彩, 姜建福, 孙磊, 李鹏, 余书鑫, 张颖. 不同抗性葡萄响应白腐病侵染的次生代谢物变化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1767-1778.
TAN XiBei, LAN XuYing, LIU ChongHuai, FAN XiuCai, JIANG JianFu, SUN Lei, LI Peng, YU ShuXin, ZHANG Ying. Changes of Secondary Metabolites in Grapes with Different Resistance Levels in Response to White Rot Infection[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(9): 1767-1778.
表1
葡萄果实中检测到的960种代谢物分类"
序号 Code | 代谢物种类 Species of metabolites | 数量 Number |
---|---|---|
1 | 氨基酸及其衍生物Amino acids and their derivatives | 94 |
2 | 酚酸类Phenolic acids | 121 |
3 | 核苷酸及其衍生物Nucleotides and their derivatives | 54 |
4 | 黄酮类Flavonoids | 225 |
5 | 醌类Quinones | 4 |
6 | 木脂素和香豆素Lignin and coumarin | 19 |
7 | 鞣质Tannin | 21 |
8 | 生物碱Alkaloid | 64 |
9 | 萜类Terpenoids | 65 |
10 | 有机酸Organic acid | 57 |
11 | 脂质类Lipids | 124 |
12 | 其他类Others | 112 |
表2
差异代谢物主要富集的代谢通路"
组别 Group | ID | 名称 Name | 数量 Number |
---|---|---|---|
Vvmock vs Vv24h | ko00270 | 半胱氨酸和蛋氨酸的代谢Cysteine and methionine metabolism | 3 |
ko00970 | 氨基酸-tRNA的生物合成Aminoacyl-tRNA biosynthesis | 3 | |
ko01100 | 代谢途径Metabolic pathway | 32 | |
ko01110 | 次生代谢物的生物合成Biosynthesis of secondary metabolites | 21 | |
ko01230 | 氨基酸的生物合成Biosynthesis of amino acids | 4 | |
ko02010 | ABC转运蛋白ABC transporters | 6 | |
ko00330 | 精氨酸和脯氨酸的代谢Arginine and proline metabolism | 3 | |
ko00040 | 戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化Pentose and glucuronate interconversions | 3 | |
ko00053 | 抗坏血酸和醛酸代谢Ascorbate and aldarate metabolism | 4 | |
ko00945 | 芪类、二芳基庚烷类和姜醇的生物合成Stilbenoid, diarylheptanoid and gingerol biosynthesis | 3 | |
ko00944 | 黄酮和黄酮醇的生物合成Flavone and flavonol biosynthesis | 8 | |
Vvmock vs Vv48h | ko00970 | 氨基酸-tRNA的生物合成Aminoacyl-tRNA biosynthesis | 4 |
ko01100 | 代谢途径Metabolic pathway | 30 | |
ko01110 | 次生代谢物的生物合成Biosynthesis of secondary metabolites | 16 | |
ko01200 | 碳代谢Carbon metabolism | 3 | |
ko01230 | 氨基酸的生物合成Biosynthesis of amino acids | 5 | |
ko02010 | ABC转运蛋白ABC transporters | 5 | |
ko00330 | 精氨酸和脯氨酸的代谢Arginine and proline metabolism | 3 | |
ko00944 | 黄酮和黄酮醇的生物合成Flavone and flavonol biosynthesis | 5 | |
Vdmock vs Vd24h | ko00960 | 托烷、哌啶和吡啶类生物碱的生物合成Tropane, piperidine and pyridine alkaloid biosynthesis | 3 |
ko01100 | 代谢途径Metabolic pathway | 17 | |
ko01110 | 次生代谢物的生物合成Biosynthesis of secondary metabolites | 13 | |
ko02010 | ABC转运蛋白ABC transporters | 7 | |
ko00970 | 氨基酸tRNA的生物合成Aminoacyl-tRNA biosynthesis | 3 | |
ko01210 | 2-氧代羧酸的代谢2-Oxocarboxylic acid metabolism | 3 | |
ko01230 | 氨基酸的生物合成Biosynthesis of amino acids | 4 | |
ko00945 | 芪类、二芳基庚烷类和姜醇的生物合成Stilbenoid, diarylheptanoid and gingerol biosynthesis | 3 | |
ko00941 | 类黄酮的生物合成Flavonoid biosynthesis | 3 | |
Vdmock vs Vd48h | ko00260 | 甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢Glycine, serine and threonine metabolism | 3 |
ko00261 | 单内酰胺的生物合成Monobactam biosynthesis | 3 | |
ko00970 | 氨基酸-tRNA的生物合成Aminoacyl-tRNA biosynthesis | 6 | |
ko01100 | 代谢途径Metabolic pathway | 34 | |
ko01110 | 次生代谢物的生物合成Biosynthesis of secondary metabolites | 26 | |
ko01230 | 氨基酸的生物合成Biosynthesis of amino acids | 8 | |
ko02010 | ABC转运蛋白ABC transporters | 10 | |
ko00330 | 精氨酸和脯氨酸的代谢Arginine and proline metabolism | 5 | |
ko00290 | 缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成Valine, leucine and isoleucine biosynthesis | 3 | |
ko01210 | 2-氧代羧酸的代谢2-Oxocarboxylic acid metabolism | 3 | |
ko04075 | 植物激素信号转导Plant hormone signal transduction | 3 | |
ko00220 | 精氨酸的生物合成Arginine biosynthesis | 3 | |
ko00230 | 嘌呤代谢Purine metabolism | 3 | |
ko00941 | 类黄酮的生物合成Flavonoid biosynthesis | 6 |
表3
抗病显著相关代谢物"
指标Index | 物质Compound | 物质分类Compound class |
---|---|---|
mws1050 | O-乙酰丝氨酸O-Acetylserine | 氨基酸及其衍生物Amino acids and their derivatives |
pme3472 | 熊果苷Arbutin | 酚酸类Phenolic acids |
Hmcp005535 | α-香树脂酮α-Amyrenone | 萜类Terpenoids |
pmp000438 | 白桦脂醇Betulin | |
MWSmce052 | 3-表熊果酸3-Epiursolic acid | |
pmn001706 | 2-羟基齐墩果酸2-Hydroxyoleanolic acid | |
mws1610 | 山楂酸Maslinic acid | |
Lmzn106284 | 麦珠子酸Alphitolic acid | |
pmn001705 | 3,24-二羟基-17,21-半缩醛基-12(13)齐墩果酸 3,24-Dihydroxy-17,21-semiacetal-12(13)oleanolic acid | |
Lmcp004436 | 矢车菊素-3-O-(6''-O-咖啡酰)葡萄糖苷Cyanidin-3-O-(6''-O-caffeoyl)glucoside | 黄酮类Flavonoids |
[1] |
|
[2] |
张颖, 樊秀彩, 孙海生, 姜建福, 刘崇怀. 葡萄种质资源对叶片白腐病的抗性鉴定及评价. 果树学报, 2017, 34(9): 1095-1105.
|
|
|
[3] |
李峰, 樊秀彩, 刘崇怀, 张颖, 姜建福, 李民. 葡萄种质资源对葡萄白腐病抗性调查. 中国果树, 2012(3): 72-74.
|
|
|
[4] |
尹向田, 季萍, 袁丽芳, 魏彦锋, 李廷刚, 蒋锡龙, 吴新颖. 葡萄白腐病研究进展. 落叶果树, 2023, 55(6): 71-74.
|
|
|
[5] |
刘丽婷. 葡萄品种资源叶片白腐病和灰霉病的抗病鉴定及评价[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2018.
|
|
|
[6] |
|
[7] |
doi: 10.1093/mp/sst080 pmid: 23702596 |
[8] |
|
[9] |
王莉, 史玲玲, 张艳霞, 刘玉军. 植物次生代谢物途径及其研究进展. 武汉植物学研究, 2007, 25(5): 500-508.
|
|
|
[10] |
王凌健, 方欣, 杨长青, 李建戌, 陈晓亚. 植物萜类次生代谢及其调控. 中国科学(生命科学), 2013, 43(12): 1030-1046.
|
|
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
韩彤, 于姝莉, 江英. 灰霉菌侵染对红提葡萄表皮蜡质结构和化学组分的影响. 食品安全质量检测学报, 2024, 15(3): 248-255.
|
|
|
[18] |
林小财. 两种柑橘及山苍子精油的化学成分、抑菌及抗氧化活性研究[D]. 赣州: 赣南师范大学, 2023.
|
|
|
[19] |
doi: 10.1021/acs.jafc.0c06103 pmid: 33529021 |
[20] |
陈洪强, 夏惠, 王进, 邓群仙, 梁东, 吕秀兰, 唐礼平. 葡萄果皮类黄酮含量的变化及其相关基因表达. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2020, 46(2): 165-170.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
王跃进, 徐炎, 张剑侠, 周鹏. 中国野生葡萄果实抗炭疽病基因的RAPD标记. 中国农业科学, 2002, 35(5): 536-540.
|
|
|
[23] |
王超霞. 葡萄霜霉病程中白藜芦醇及其衍生物的积累及抗病机制[D]. 北京: 中国农业大学, 2017.
|
|
|
[24] |
doi: 10.1038/s41598-020-72781-2 pmid: 32973337 |
[25] |
|
[26] |
张颖, 孙海生, 樊秀彩, 姜建福, 刘崇怀. 中国野生葡萄资源抗白腐病鉴定及抗性种质筛选. 果树学报, 2013, 30(2): 191-196.
|
|
|
[27] |
doi: 10.1093/bioinformatics/bty528 pmid: 29955821 |
[28] |
|
[29] |
doi: 10.1016/j.tplants.2011.11.002 pmid: 22209038 |
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
doi: 10.1094/PHYTO-100-9-0897 pmid: 20701487 |
[35] |
doi: S0924-8579(19)30045-7 pmid: 30825504 |
[36] |
|
[37] |
韦春玲, 肖瑾, 肖珊, 崔培梧, 刘向前. 具有抗菌活性的天然五环三萜类化合物研究进展. 中成药, 2023, 45(4): 1231-1240.
|
|
|
[38] |
|
[39] |
|
[1] | 陈龙云, 胡俊强, 何灿, 史建荣, 徐剑宏, 王刚. 利用大孔吸附树脂与高速逆流色谱纯化脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1627-1637. |
[2] | 汤学燊, 党仕卓, 周娟, 李佳豪, 李梅花, 胡豪, 张亚红. 基于红蓝光调控分析VvBES1-1参与‘红地球’葡萄花芽的分化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1650-1662. |
[3] | 吴郁, 曲翔汝, 杨丹, 伍芩, 陈国跃, 江千涛, 魏育明, 许强. 广泛非靶向代谢组学解析小麦抗条锈病反应中叶绿体代谢产物[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1333-1343. |
[4] | 杨彩丽, 李永洲, 贺亮亮, 宋银花, 章鹏, 刘肇先, 李鹏慧, 刘三军. 葡萄TPS基因家族全基因组鉴定及VvTPS4在单萜形成中的功能验证[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1397-1417. |
[5] | 邹晓威, 夏蕾, 朱晓敏, 孙辉, 周琦, 齐霁, 张亚封, 郑岩, 姜兆远. 基于转录组测序的玉米瘤黑粉菌UM01240过表达菌株诱导玉米抗病性分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1116-1130. |
[6] | 张天雨, 李白, 藏金萍, 曹宏哲, 董金皋, 邢继红, 张康. 灰葡萄孢HMG家族基因的全基因组鉴定与表达规律分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 704-718. |
[7] | 李睿, 梁跃, 白杨, 张桂悦, 王楠楠, 乔松林, 张改平. 自噬在猪繁殖与呼吸综合征病毒感染中的作用机制研究进展[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 792-801. |
[8] | 郭奥琳, 林俊璇, 赖恭梯, 贺丽媛, 车建美, 潘若, 杨方学, 黄玉吉, 陈桂信, 赖呈纯. 过表达VdF3′5′H2对刺葡萄细胞花青素组分积累的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 802-818. |
[9] | 罗朝丹, 冯春梅, 李建强, 黎新荣, 韦勇, 杨李益, 刘筱瑾, 谭和, 任二芳, 罗小杰. 基于GC-MS非靶向代谢组学分析不同成熟度‘台农一号’芒果香气物质[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 564-581. |
[10] | 从琪琪, 张静怡, 孟祥龙, 戴蓬博, 李波, 胡同乐, 王树桐, 曹克强, 王亚南. 我国苹果轮纹病弱毒菌株中病毒的鉴定及其携带情况的检测[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 478-492. |
[11] | 葛艺, 郑秋玲, 陈梦霞, 夏家欣, 方项, 唐美玲, 房经贵, 上官凌飞. 葡萄自噬基因ATG8f的克隆及其功能分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 156-169. |
[12] | 黄立强, 江如, 朱波汁, 彭焕, 许翀, 宋家雄, 陈敏, 李永青, 黄文坤, 彭德良. 马铃薯主栽品种抗马铃薯金线虫鉴定及抗性分子标记检测[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1506-1516. |
[13] | 冯帆, 姜醒睿, 王凌云, 张永刚, 李爱华, 陶永胜. 没食子酸稳定‘户太八号’桃红葡萄酒香气与色泽[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1592-1605. |
[14] | 袁苗, 周娟, 党仕卓, 汤学燊, 张亚红. ‘红地球’葡萄VvARF18功能分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1363-1376. |
[15] | 肖刘华, 康乃慧, 李树成, 郑致远, 罗绕绕, 陈金印, 陈明, 向妙莲. 茉莉酸甲酯对猕猴桃果实抗葡萄座腔菌过程中能量代谢和膜脂代谢的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1377-1393. |
|