中国大陆地区食品中柄曲霉素和黄曲霉毒素污染及其产毒菌的研究

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真菌毒素(Mycotoxin)是一类由真菌产生的有毒次级代谢产物,全球每年约有25%的粮食会受到真菌毒素污染。其中,黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,AFB1)是国际癌症研究机构(IARC)划分的1A类强致癌物。柄曲霉素(Sterigmatocystin,STC)是AFB1的合成前体,具有潜在的致癌性,被IARC划分为2B级致癌物。截止到目前,由于数据的缺乏,世界各国还未对食品中的STC进行限量规定。本研究通过建立高效、准确、灵敏和快速的可同时检测食品中AFB1和STC方法,分析我国大陆地区不同食品中AFB1和STC含量分布特征,掌握不同食品中两种真菌毒素的分布差异。此外,鉴于AFB1和STC具有共同的代谢途径,本论文初步研究了 STC对黄曲霉合成AFB1的影响,并利用转录组学和蛋白质组学技术分析其可能的作用机理。本研究的主要内容和研究结果如下:1.基于HPLC-MS/MS法建立了同时检测食品中AFB1和STC的定量分析方法。以经典QuEChERS(Quick,Easy,Cheap,Effective,Rugged and Safe)法为基础,优化了提取剂组成,提取剂体积,辅助超声时间和净化剂;并根据SANCO/12571/2013以及(EC)No 401/2006进行方法学验证。结果表明所建立的方法线性和选择性好。AFB1和STC在谷物、谷物制品和坚果中的平均回收率范围为77.7%-119.7%,RSD范围为1.3%-15.4%;啤酒中的平均回收率和RSD分别为92.7%-1 03.6%和4.0%-18.0%。在不同基质样品中AFB1和STC方法检出限为0.02-0.18 μg/kg,定量限均为0.5 μg/kg,可满足食品中AFB1和STC的痕量分析要求。2.采集我国大陆地区18个省(市/自治区)共1137份的食品样品以及本实验储存1-2年的米粉样品315份,分析其中AFB1和STC的含量。检测结果显示食品中AFB1检出率范围为0%-40%,谷物类和谷物制品检出率分别为0.2%和7.8%;坚果检出率为8.7%,其中有两份样品中AFB1含量超标,啤酒样品均未检出AFB1。检出率最高的是地区是江西省,达到40%,该省样品全部为花生样品,其次是四川和广西,检出率为18.75%和14.29%,黑龙江省的样品均未检出AFB1。STC检出率为12.9%,平均含量为0.39 μg/kg,谷物类、谷物制品、坚果和啤酒中检出率分别为2.6%,28.3%,4.3%和0%。检出率最高的地区是四川省,可达47.92%,其次是广西省和浙江省,检出率分别为23.81%和23.68%,来自云南省,陕西省的核桃和湖南省的花生样品中未检出STC。相比于所采集的超市和农贸市场样品,室温储存1-2年的米粉样品中AFB1和STC的阳性率均较高,分别为4.4%和84.8%,平均含量为0.84 μg/kg和2.38 μg/kg。3.通过在接种黄曲霉的PDB培养基中添加不同浓度的STC,探索STC对黄曲霉生长和代谢的影响。通过对不同天数菌丝干重的测量,发现培养基中添加STC对黄曲霉的生长没有影响。采用HPLC-MS/MS测定不同培养天数培养基中的AFB1,发现AFB1含量随着培养时间的延长而逐渐增加,但添加STC的培养基中AFB1的含量均低于对照组,且不同添加浓度之间具有显著性差异。说明在PDB培养基中添加一定浓度的STC可抑制黄曲霉代谢合成AFB1。4.分别在添加和未添加STC的PDB培养基中培养黄曲霉菌株,采用高通量测序方法对二者的转录组进行测序分析。共得到差异基因3377个,其中上调基因1182个,下调基因2195个。GO功能和KEGG pathway富集分析可知这些基因主要行使细胞组分的组织和生物合成、胞内细胞器部分、细胞器部分、大分子复合物等功能,参与的pathway主要有缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸合成和AFs合成。此外,STC对黄曲霉的次级代谢基因簇影响较小,但AFs合成基因簇上的30个基因均出现不同程度地表达下调,其中norB在添加组中的表达完全被抑制。推测STC可能是通过增强氧化还原酶活性、促进菌株生长发育以及提高支链氨基酸生物合成从而抑制AFs的合成。5.采用iTRAQ方法定量分析STC对黄曲霉胞内蛋白质的影响情况,结果共鉴定到2733个蛋白质。与对照组相比,添加组中共检测到331个差异表达蛋白,其中48个表达上调,283个表达下调。GO和KEGG富集分析,可知这些蛋白主要显著富集在细胞部分、含蛋白质复合体、催化活性、抗氧化活性以及细胞器相关蛋白。其主要参与黄曲霉毒素的生物合成、糖酵解/糖异生、谷胱甘肽代谢和碳代谢等代谢途径。其中糖代谢途径相关酶活性上调及其谷胱甘肽转移酶活性下调可能是AFs合成被抑制的主要原因。在黄曲霉毒素合成途径中,共鉴定到12个蛋白质,7个蛋白表达下调,且AflG表达差异倍数最大,可能是STC抑制黄曲霉毒素合成的关键酶。
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