Integrated metabolomics and metagenomics uncover pathogenic mechanisms of Fusarium wilt and faba bean defense responses

生物 枯萎病 茉莉酸 根际 代谢组学 枯萎病 基因组 微生物群 寄主(生物学) 镰刀菌 代谢途径 萎蔫 植物对草食的防御 病原真菌 病菌 植物 生物技术 有益生物体 真菌 植物病害 微生物学 菌核病 转录组 细菌 疾病管理
作者
Jiaqi Zheng,Chaowen Zhang,Siheng Xiang,Mengqing Li,Hongji Wang,Kexin Shi,Dorjeeh Tondrob,Yuzhu Han
出处
期刊:npj science of food [Springer Nature]
标识
DOI:10.1038/s41538-025-00673-8
摘要

Abstract Fusarium wilt diseases pose a huge threat to faba bean ( Vicia faba L.) production globally, with significant outbreaks in Chongqing, China. Symptomatic plants showed wilting leaves and rotten roots, ultimately perishing in the advanced stage. Morphological features, multilocus phylogenetic analyses, and pathogenicity tests demonstrated that the primary causal agent was Fusarium oxysporum . Untargeted metabolomics of faba beans revealed substantial metabolic differences in the infected faba bean roots. Plants responded to fungal biotic stress by reprogramming key metabolic pathways, including alanine, aspartate, and glutamate metabolism, the citrate cycle, arginine biosynthesis, and jasmonic acid metabolism, which collectively underscore activated defense responses. Metagenome sequencing showed that Fusarium wilt significantly reshaped the structure of the rhizosphere microbiota and affected the abundance of genes encoding element cycling in soil. This work elucidates the pathogenic mechanisms of F. oxysporum by integrating pathogen identification, host metabolism, and microbiome ecology. Our findings offer biomarkers for disease diagnosis and targets for biocontrol, advancing sustainable management of Fusarium wilt diseases in legumes.
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