本研究通过整合转录组与代谢组学分析，探究了抗病杨树品种Populus × canadensis在高温（35℃）和炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）双重胁迫下的响应机制。结果表明，常温下病原侵染可激活MAPK信号通路和铁死亡等防御途径，而高温加剧了这些响应，导致细胞周期、光合作用和植物激素信号通路相关基因的广泛重编程。叶绿素含量作为光合效率的关键指标，在高温下显著降低，双重胁迫下叶绿素a、b及总量下降最为明显。研究揭示了杨树通过协同调控代谢与转录网络以应对复合胁迫的分子基础，为培育抗病耐热型杨树品种提供了理论依据。

1题目

文章题目：

Comparative Multi-Omics Analysis Reveals Key Pathways in Chlorophyll Metabolism and Stress Adaptation in Poplar Under Dual Stress

发文单位：北京林业大学、瑞士弗里堡大学、

2杂志

Forests；IF=3分

3链接

Zhang, L.; Zhu, Y.; Stribny, J.; Pan, X.; Tian, C.; Schneiter, R. Comparative Multi-Omics Analysis Reveals Key Pathways in Chlorophyll Metabolism and Stress Adaptation in Poplar Under Dual Stress. Forests 2025, 16, 537. https://doi.org/10.3390/f16030537

4检测方法

Norminkoda提供了叶绿素试剂盒：

产品货号:NMW0145

产品名称:植物叶绿素（chlorophyll）含量检测试剂盒

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5主要内容

1. 实验设计与胁迫模型

• 材料：Populus × canadensis（抗病品种） + Colletotrichum gloeosporioides（炭疽病菌）

• 胁迫设置：

• 常温（25℃） vs. 高温（35℃）

• 病原接种 vs. 模拟接种

• 双重胁迫组合（高温+病原）

• 检测指标：叶绿素含量、转录组、代谢组

2. 转录组学核心发现

• 高温主导基因表达变化：高温单独处理引发超过9000个差异表达基因（DEGs），远超病原单独处理（450个DEGs）。

• 防御通路激活：病原侵染激活MAPK信号通路、铁死亡路径；高温进一步放大这些响应。

• 光合相关基因下调：PSII核心蛋白编码基因（如PsbA、PsbB）表达显著抑制，与叶绿素降解同步。

3. 代谢组学响应特征

• 代谢物动态重编程：高温导致900+个差异积累代谢物（DAMs），双重胁迫下仍检测到136个特异性代谢物变化。

• 次生代谢增强：苯丙烷类代谢通路（如木质素、黄酮合成）显著富集，助力细胞壁强化与抗氧化。

• 抗氧化代谢物上调：谷胱甘肽、类胡萝卜素等抗氧化剂积累，缓解氧化胁迫。

4. 叶绿素与光合性能关联分析

• 叶绿素降解显著：双重胁迫下叶绿素a、b及总量分别下降32%、30%和31%，且降解程度高于单一胁迫。

• 光合机构损伤：叶绿体超微结构破坏，光系统II（PSII）效率降低，直接关联碳同化能力下降。

5. 通路富集与机制整合

• KEGG富集通路：MAPK信号、植物激素信号（ABA、乙烯）、植物-病原互作通路在双重胁迫下协同激活。

• 交叉调控网络：高温通过抑制HSP基因表达，削弱蛋白质折叠修复能力，与病原胁迫形成叠加效应。

6.主要结论

1. 高温加剧病原胁迫：高温通过放大防御信号通路（如MAPK、铁死亡）的表达，但同步抑制光合机构修复能力，导致叶绿素降解加速。

2. 叶绿素代谢为核心靶点：叶绿素合成关键酶基因（如CHLH、POR）下调是光合效率下降的主因。

3. 代谢-转录协同适应：苯丙烷类代谢物积累与相关基因上调协同增强细胞防御，但能量分配向防御倾斜，牺牲生长。

4. 育种靶点明确：MAPK信号通路、抗氧化代谢（谷胱甘肽途径）、叶绿素稳态调控基因为抗逆育种优先靶标。

6总结

研究价值与展望

• 理论创新：首次揭示杨树在“高温-病原”复合胁迫下的多组学响应网络，突破单一胁迫研究的局限性。

• 应用前景：为杨树抗逆育种提供分子标记，助力选育“耐热+抗病”双优品种。

• 局限与改进：田间验证缺失；后续需结合基因编辑（如CRISPR靶向MAPK基因）验证功能。

• 生态意义：为全球变暖背景下森林病害防控提供策略参考。

总结：本研究通过多组学整合分析，系统阐释了杨树应对复合胁迫的分子机制，为林木抗逆育种提供了精准靶点与理论支撑，是森林逆境生物学领域的重要突破。

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