炭疽病是茶树重要的叶部病害之一，全国茶区均受该病害威胁。受害叶片初期出现微小水渍状病斑，随着病情加重，病斑逐渐扩大，发病面积常占到整个叶片的1/4~1/2，轻则影响茶树生长发育，造成茶叶品质下降，重则造成叶片大面积脱落，严重影响茶叶产量（图1）。

图1 茶树品种龙井43（LJ43，易感品种）和中茶108（ZC108，强抗品种）田间发病对比图

    目前，我国仍使用直接喷施化学农药的方法防治炭疽病，但效果并不明显。前期中国农业科学院茶叶研究所茶树遗传改良创新团队通过对我国15个主要产茶省（市、自治区）病叶进行收集，分离鉴定并明确我国茶树炭疽病优势病原菌为Colletotrichumcamelliae和C.fructicola，并利用生理生化及分子生物学实验手段，明确茶树体内咖啡碱含量受炭疽菌诱导增加，其通过破坏病菌菌丝细胞壁和细胞膜进行抵御炭疽菌的侵染（图2）。

图2 炭疽菌侵染后茶树体内咖啡碱含量显著增加

    基于以上结果，该团队利用遗传背景相近的龙井43（易感）和中茶108（强抗）品种作为供试材料，分别对接种炭疽菌后24h和72h的叶片组织进行转录组测序分析，结果表明抗病品种的上调差异基因显著富集在程序性坏死（HR）和H2O2 代谢通路中（图3A）。为了验证该结果，通过组织化学染色技术，观察接种后茶树HR反应和H2O2积累。分析发现抗病品种在接种24h出现HR反应并伴有细胞壁加厚，而感病品种仅出现叶肉细胞坏死（图3B）；两个品种叶片均出现不同程度的H2O2 积累，但抗病品种比感病品种提前24h响应，并且抗病品种叶片的反应程度比感病品种剧烈（图3C）。这也说明HR和H2O2积累在茶树抗炭疽病过程中发挥着重要作用。

A.接种后茶树不同抗病品种上调差异表达基因GO（Gene Ontology）富集分析（P<0.05）；B.接种后茶树不同抗性品种叶片HR反应；C.接种后茶树不同抗性品种叶片H2O2积累

图3 炭疽菌接种ZC108和LJ43后，茶树叶片HR和H2O2的响应

    研究还发现，在抗病品种中，有多个抗病基因（R基因）受炭疽菌显著诱导表达，而在感病品种中，其表达差异并不显著（图4）。

图4 基于转录组数据分析的接种炭疽菌后茶树叶片抗病基因表达热图

    利用拟南芥同源基因编码蛋白，对从接种处理的茶树叶片转录组数据中筛选的差异基因构建蛋白互作网络（图5）。结果表明，抗病蛋白可以激活MAPK信号通路，调控下游次级代谢物合成等多种防御反应。因此，茶树抗病基因可能通过调控MAPK信号途径调控次级代谢物合成通路来抵御炭疽菌的侵染。

图5 炭疽菌接种后茶树抗病相关蛋白的互作网络

    以上研究结果已在线发表在园艺学领域TOP期刊《园艺学研究》（Horticulture Research）上。

    该项研究得到了茶叶产业技术体系和中国农业科学院农业科技创新工程等项目的资助。