短小芽孢杆菌HN-10抗菌肽P-1对粉红单端孢的抑菌机理研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dabei008
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粉红单端孢(Trichothecium roseum)是引起果蔬采后产生粉红病害的主要病原菌,本实验室前期从短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)HN-10菌株中分离纯化出一种新型的抗菌肽P-1,但其抑菌机理尚不明确。为此,本试验以粉红单端孢为供试菌,基于液体培养体系,拟采用系列生理生化指标测定并结合转录组学、qRT-PCR(Quantitative Real-time PCR)验证分析,试图从细胞膜结构、活性氧代谢、能量代谢以及线粒体结构方面,探究抗菌肽P-1对粉红色单端孢菌的抑菌机理,旨为粉红病的防治和新型生物防治剂的开发应用提供理论依据和支持。本研究取得的主要结果如下:1.分析了抗菌肽P-1的抑菌谱特性和稳定性。结果表明抗菌肽P-1对T.roseum和灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)具有明显的抑菌作用;抑菌直径分别为12.3 mm和11.4 mm;经过不同浓度的抗菌肽P-1处理,能够明显地抑制孢子的萌发。抗菌肽P-1在10~50℃抑菌活性稳定,在pH 3~13范围内稳定性良好,且其对枯草杆菌蛋白酶耐受良好,具备开发成为生防制剂的潜质。2.明确了抗菌肽P-1对T.roseum细胞膜结构的影响。结果表明抗菌肽P-1能够有效抑制T.roseum菌体生物量增加。超微结构观察发现抗菌肽P-1使T.roseum孢子的细胞壁、膜有局部缺口、细胞质大量流出,导致孢子结构发生了改变。抗菌肽P-1通过抑制T.roseum菌体细胞膜麦角甾醇的生物合成途径(通过GC-MS分析麦角甾醇合成过程中抗菌肽P-1的作用部位是羊毛甾醇),使膜的结构和完整性受到影响,使N-苯基-1-萘胺(N-phenyl-1-naphthylamine,NPN)这种对细胞外膜敏感性荧光染料透过了细胞外膜,与膜上的磷脂双分子层中的疏水基产生了结合;同时,抗菌肽P-1处理T.roseum菌体细胞相对电导率的不断增大,以及胞内乳酸脱氢酶的不断溢出,进一步证明抗菌肽P-1处理破坏了细胞膜的结构,改变了膜的稳定性。3.探究了抗菌肽P-1对T.roseum活性氧代谢的影响。结果显示抗菌肽P-1使T.roseum菌体胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的积累量(O2-·)显著增高,引起了细胞抗氧化系统(超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)平衡的破坏,加剧了膜脂过氧化(脂质过氧化以及羰基含量的增加)反应。因此,推测抗菌肽P-1对粉红单端孢的抑菌机理是通过诱导ROS在胞内的积累,引起氧化胁迫反应,从而导致细胞膜完整性丧失,菌体生长受到抑制。4.研究了抗菌肽P-1对T.roseum能量代谢影响。结果表明抗菌肽P-1的作用途径是三羧酸循环和糖酵解途径;抗菌肽P-1降低了TCA循环中琥珀酸脱氢酶(Succinate dehydrogenase,SDH)、苹果酸脱氢酶(Malate dehydrogenase,MDH)的活性,增加了6-磷酸果糖激酶(6-phosphofructokinase,PFK)的活性,从而降低了胞内5’-三磷酸(ATP)、5’-二磷酸(ADP)、5’-一磷酸(AMP)的含量以及能量电荷(energy charge,EC)的供应。转录组数据结果表明抗菌肽P-1可能通过影响DNA在转录水平上mRNA差异改变,导致了蛋白的差异表达,即能量代谢相关酶的变化,从而表现出抑菌效果。5.探究了抗菌肽P-1对T.roseum线粒体结构的影响。结果显示抗菌肽P-1抑制了电子传递链上NADH到辅酶Q的转运途径;抗菌肽P-1降低了线粒体复合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的活性,抗菌肽P-1使得线粒体内膜上Ca2+的释放量和膜通透性转换孔(Mitochondrial Permneability Transition Pore,MPTP)的开放度显著增大,造成线粒体膜电位下降,膜功能产生了障碍,最终引发了细胞凋亡。综上所述,短小芽孢杆菌HN-10抗菌肽P-1对T.roseum的抑菌机理主要是:(1)抗菌肽P-1通过破坏T.roseum菌体膜的完整性,改变膜的通透性,以及诱导ROS在胞内的积累,引起氧化胁迫反应,从而导致细胞膜完整性丧失,菌体生长受到抑制。(2)抗菌肽P-1通过基因调控,改变了粉红单端孢与能量代谢相关酶的活性,导致核糖体中磷酸化腺苷核苷酸水平显着降低,造成线粒体膜结构性损伤,线粒体膜功能产生了障碍,最终引发了细胞凋亡。以上结果可为抗菌肽P-1对粉红单端孢的抑菌机理研究提供一定的理论依据,并对红粉病害控制及新型生防治剂的开发应用提供理论依据和支持。
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