尼泊尔德巴利酵母抑制采后芒果炭疽菌的生理与分子机制研究

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芒果(Mangifera indica.L)是一种广受欢迎的热带水果,它具有独特的风味和高营养价值。胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的炭疽病是芒果最常见采后病害之一。由于使用化学杀菌剂带来的对食品安全的影响,消费者对于安全和天然产品的需求日益增加,研发绿色安全的保鲜技术是当下果蔬保鲜领域的发展趋势,而生物保鲜技术是目前国内外研究的热点,其中,利用拮抗菌控制采后病害符合绿色安全可持续性农业发展战略。利用本实验室前期分离获得的一株尼泊尔德巴利酵母(Debaryomyces nepalensis),进行了其抑制采后芒果炭疽病的的生理机制(分泌水解酶,重寄生作用,生物膜作用,营养和空间竞争,诱导抗性,挥发性抗菌化合物的产生)的研究,并对该酵母产生的β-1,3-葡聚糖酶基因进行了分子机制的研究。研究结果如下:(1)通过刚果红平板染色验证了 D.nepalensis具有产生和分泌真菌细胞壁裂解酶(β-1,3-葡聚糖酶)的能力。(2)利用光学显微镜和扫描电子显微镜,发现D.nepalensis酵母具有重寄生现象,能吸附并嵌入胶孢炭疽菌菌丝壁中,引起菌丝变形;而且能在芒果果实表面产生生物膜,使酵母细胞相互黏连,有利于附着于果实及病原菌表面。(3)通过接种酵母菌和病原菌时间顺序试验,对D.nepalensis酵母和病原菌营养和空间竞争进行了研究。发现酵母接种时间越早,病斑直径越短,且最佳拮抗活性为提前24小时接种,可使病斑直径减少了 93.4%。同时发现,酵母D.nepalensis可与病原菌竞争营养素(FeCl3)和竞争空间,从而抑制病原菌孢子萌发,表现出显著的生物防治活性。(4)与抗病相关的酶活性的研究表明,酵母D.nepalensis可诱导芒果果实中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、几丁质酶(CHT)、β-1,3-葡聚糖酶(GLU)的活性的提高,有助于提高果实抗病性。(5)利用固相微萃取(SPME)结合气相色谱-质谱(GC-MS)技术,发现酵母D.nepalensis可产生挥发性抑菌物质,减缓胶孢炭疽菌菌丝生长,在离体条件下,两天后抑菌率为41.63%。对挥发性化合物进行分析鉴定,检测出13种化合物,包括4种醇,2种酯,2种酸,1种酚,1种酮,1种烷烃,1种醚和1种酰胺化合物,其中苯乙醇(相对峰面积为29.62%)是最主要的挥发性抑菌物质,对C.gloeosporioides有显著的抑制作用,并确定了其半最大效应浓度(EC50)为1.99μL/mL。(6)首次对D.nepalensis酵母产生的β-1,3-葡聚糖酶基因的功能进行了较深入的研究。从D.nepalensis酵母基因组中克隆得到编码内切-β-1,3-葡聚糖酶的基因DnENGyy,全长2307 bp,并进行了生物信息学分析,推导出共有768个氨基酸,预测分子量为86.61 kDa,等电点理论值为6.10。DnENGyy蛋白中含有糖基水解酶81家族的保守结构域。通过构建重组质粒pPinkα-HC-DnENGyy,线性化后电转化到巴斯德毕赤酵母(Pichiapastoris),进行营养缺陷型菌株转化子筛选和培养基筛选及转入诱导,经过甲醇诱导表达,刚果红平板筛选得到高表达的阳性转化子,测得毕赤酵母在48小时后,分泌到培养液中的内切-β-1,3-葡聚糖酶的酶活性为38.61 U/mL。而且重组酵母表达的β-1,3-葡聚糖酶蛋白能够显著抑制胶孢炭疽菌孢子的萌发,表现出较高的抑菌活性。
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