基于组学技术的枯草芽孢杆菌CF-3 VOCs对炭疽菌和褐腐菌的影响及应用研究

发布时间：2020-04-12 23:26

【摘要】：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是一种抑菌活性强、抑菌谱广、安全无毒害的生防细菌。由胶胞炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的荔枝炭疽病和褐腐菌(Monilinia fruticola)引起的桃褐腐病是造成荔枝和桃果实采后损失的重要原因。本论文以枯草芽孢杆菌CF-3作为目标菌,以荔枝炭疽菌和桃褐腐菌作为供试病原菌。通过转录组学和蛋白组学技术分析了枯草芽孢杆菌CF-3产生的挥发性有机物质(VOCs)对果蔬采后病原真菌炭疽菌和褐腐菌的抑制作用,从基因和蛋白水平揭示了CF-3 VOCs抑制两种采后病原真菌的分子机制;并通过对果实生理生化指标的分析研究了CF-3 VOCs联合热处理对荔枝和桃果实采后病害的防控作用,为生防菌的精准开发利用奠定了理论基础。主要结论如下:1)通过高通量测序的方法,分析了CF-3的VOCs及其主效成分2,4-二叔丁基苯酚处理对炭疽菌的影响。从转录组数据可看出,LC vs LK组(CF-3 24 h发酵液处理炭疽菌vs空白对照处理炭疽菌)中有2320个差异表达基因,L24 vs LK组(2,4-二叔丁基苯酚vs空白对照)获得了2918个差异表达基因,其中有1030个共有的差异表达基因。这些差异表达基因充分参与了细胞的生物过程、分子功能和细胞组分;通过KEGG通路富集分析了差异基因参与的相关通路,主要富集在氨基酸的生物合成通路和碳代谢通路中,其中LC vs LK组主要富集在苯丙氨酸代谢通路及丙氨酸通路,L24 vs LK组主要富集在氨基糖和核苷酸糖代谢和脂肪酸代谢通路。2)通过TMT技术分析了CF-3的VOCs及其主效成分2,4-二叔丁基苯酚处理对炭疽菌的影响。从蛋白组数据可看出,LC vs LK组共鉴定出565个差异表达蛋白,L24 vs LK组共鉴定出831个差异表达蛋白。通过KEGG通路注释分析了差异蛋白质参与的相关代谢通路,发现处理对炭疽菌不同代谢途径产生了明显的影响,主要包括能量代谢、脂质代谢、次生代谢物的生物合成(LC vs LK)、氨基酸代谢(LC vs LK)和其他氨基酸的代谢等,对其他通路中的翻译、信号转导、运输和分解代谢等也产生明显的影响。故CF-3 VOCs和2,4-二叔丁基苯酚可能通过影响炭疽菌基本的物质代谢和能量代谢相关蛋白来抑制其生长。3)通过高通量测序的方法,分析了CF-3的VOCs处理对褐腐菌的影响。从转录组数据可看出,TK vs TC组(CF-3 24 h发酵液处理褐腐菌vs空白对照处理褐腐菌)获得了1602个差异表达基因。通过对差异表达基因进行分类和富集分析可知,其主要富集在抗生素的生物合成、淀粉和蔗糖代谢及氨基酸的生物合成等通路;碳水化合物的运输和新陈代谢、能量产生和转换为显著分类,故VOCs可能通过影响褐腐菌本身碳水化合物和能量代谢的相关途径来抑制其生长。4)通过TMT技术分析了CF-3的VOCs对褐腐菌的影响。从蛋白组数据可看出,TK vs TC组鉴定出1008个差异蛋白,这些差异表达蛋白充分参与了细胞的生物学过程、分子功能和细胞组分。对差异表达蛋白进行富集分析可知,其主要富集在次生代谢物的生物合成、碳代谢、翻译和抗生素的生物合成等通路。5)将CF-3 VOCs和热处理技术相结合,研究了联合处理对荔枝和桃果实上两种病原真菌的影响。结果表明,经过联合处理可显著降低荔枝和桃果实的腐烂指数,更好的保持果实失重率、可溶性固形物含量和桃果实的硬度、成熟度,保持水果的质量;过氧化物酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶这四种抗氧化相关酶的酶活均显著高于空白对照组和其他处理组,苯丙氨酸解氨酶、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶这三种抗病相关酶的酶活均显著高于空白对照组和其他处理组;CF-3 VOCs联合热处理可以优势互补,更好的激活果实体内的抗氧化保护系统和抗病性酶系统,以防止植物细胞受到氧化伤害,同时更有效的抵御病原真菌的入侵。
【图文】：

技术路线图,防控,热处理技术,保鲜效果

上海大学硕士学位论文以桃和荔枝为研究对象，通过分析各处理对接菌后果实生理生化和品质的影响，研究 CF-3 产生的 VOCs 与热处理技术结合对果实的保鲜效果，为生物防控与采后热处理这一安全、有效、无残留的处理方式相结合的联合防控方法在实际生产中的运用提供理论依据。1.6.2 技术路线课题实施的技术路线见图 1.1。

差异表达基因,数目

图 2.1 各处理组中差异表达基因数目Figure 2.1 Numbers of DEGs in both treatment groups析中，，采用了两组样本间的基因表达差异倍数（Fold ch个因素共同绘制火山图（Volcano plot），用于表现两组样表达火山图中的每一个点表示一个基因，横坐标表示某差异倍数的对数值；纵坐标表示基因表达量变化的统计标绝对值越大，说明表达量在两样品间的表达量倍数差明差异表达越显著，筛选得到的差异表达基因越可靠。表达基因，红色的点代表上调差异表达基因，黑色的点
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS201.3

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