生防菌株枯草芽孢杆菌Y2诱导库尔勒香梨果实对链格孢菌抗性响应的研究
Investigating the resistance responses to Alternaria brassicicola in ’Korla’ fragrant pear fruit induced by a biocontrol strain Bacillus subtilis Y2
Postharvest Biology and Technology
（中科院一区，JCR一区，农林科学领域TOP期刊，IF=6.751）
1 研究背景
库尔勒香梨（Pyrus siniangensis Yü）被誉为“中国蜜梨”和“水果王子”，是主要种植在中国西部新疆库尔勒地区的传统品种。“库尔勒”香梨果实经济价值显著，然而采后病害，特别是由链格孢菌引起的黑头病，在贮运和销售过程中造成较大损失。通过拮抗微生物进行生防控制是减少果实采后腐败的一种环境友好且有效的方法。生防微生物通过营养和空间的竞争、水解酶和抗真菌化合物的合成以及生物膜的形成的方式直接抑制病原菌，或者通过系统获得性抗性（SAR）和诱导系统性抗性（ISR）控制采后病害。芽孢杆菌作为一类重要的拮抗微生物，被认为是开发水果采后生防制剂的重要候选微生物，但不同枯草芽孢杆菌菌株的拮抗活性、抑菌谱以及在不同果实上的采后生防效果均存在较大差异。
课题组前期的研究表明，从油桃果皮表面分离得到的枯草芽孢杆菌Y2接种在库尔勒香梨果上，可以有效抑制链格孢菌引起的病变，表明其在控制采后库尔勒香梨果实黑头病进行生物防治方面具有良好的潜力。然而，枯草芽孢杆菌Y2在库尔勒香梨果实体内对链格孢菌的作用机制尚不清楚。本文研究了枯草芽孢杆菌Y2诱导库尔勒香梨果实对致病菌链格孢菌抗性的作用机制，为进一步提高生防效果和开发商业化生防制剂提供了理论依据。
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3 研究成果
3.1 内容简介
本文以库尔勒香梨果实为研究对象，通过转录组学技术分析了枯草芽孢杆菌Y2诱导库尔勒香梨果实应对链格孢菌（Alternaria brassicicola）侵染过程的差异表达基因，进一步确认了香梨果实活性氧（ROS）清除能力、抗性相关次生代谢产物的含量以及果实表皮角质蜡合成及防御相关酶活性的变化。
3.2 研究结论
研究结果表明，拮抗菌株枯草芽孢杆菌Y2（107 mL−1）的发酵液可以通过诱导库尔勒香梨果实的抗性反应来抑制由A. brassicicola引起的黑头病。通过库尔勒香梨果肉组织的比较转录组分析提示，枯草芽孢杆菌Y2可诱导库尔勒香梨果实类黄酮合成代谢途径，蜡质合成代谢途径及植物-病原菌互作等代谢途径基因的差异表达，表明以上代谢途径的相关基因参与了枯草芽孢杆菌Y2诱导的库尔勒香梨果实防御反应。相应的，库尔勒香梨果实中积累的黄酮类化合物含量和抗氧化酶活性在枯草芽孢杆菌Y2处理后明显增加，表明果实的ROS清除能力增强。此外，枯草芽孢杆菌Y2处理的库尔勒香梨果实中，与蜡质生物合成相关的上游代谢途径——参与脂肪酸碳链延伸的相关酶基因转录显著上调，香梨表皮蜡质含量及蜡质晶体形态也发生了明显变化，提示库尔勒香梨果实表皮蜡质作为物理屏障也参与了枯草芽孢杆菌Y2诱导的果实防御反应。本研究揭示了枯草芽孢杆菌Y2诱导库尔勒香梨果实抗病性增强的反应机制，为探索基于拮抗菌株枯草芽孢杆菌Y2开发更高效的组合生防制剂奠定了基础。
4 专家简介
关波，博士，副教授，硕士生导师，主要从事乳品微生物和酶生物技术方面的应用基础研究，主持国家自然科学基金项目2项，参与完成新疆生产建设兵团及石河子大学科研项目多项，在国内外学术期刊上发表论文10余篇，其中SCI收录论文10篇，申请中国发明专利6项，其中授权发明专利3项。获石河子大学“3152”青年骨干人才。
胡有贞，博士，副教授，硕士生导师，主要从事采后果蔬衰老及其与微生物互作机理的应用基础研究，主持国家自然科学基金项目1项，新疆生产建设兵团项目1项，在国内外学术期刊上发表论文10余篇，其中SCI收录论文4篇，申请中国发明专利6项，其中授权发明专利3项。
王晓洁，石河子大学食品学院研究生，主要从事芽孢杆菌对库尔勒香梨采后生防机制相关的科研工作。
5 团队介绍
石河子大学食品学院食品生物技术方向主要围绕新疆民族特色乳品、母乳、肠道益生菌资源、优良乳酸菌发酵剂、特色膳食纤维及低聚糖益生元、益生菌微生态制剂及微胶囊技术等领域开展科学研究，主要研究方向包括新疆地区特殊环境（发酵乳制品、民族群体母乳、婴幼儿肠道、冷水鱼肠道)双歧杆菌、乳杆菌的遗传多样性、群体遗传特征与生态位适应性、特征遗传标记及其与宿主的协同进化关系；多组学解析优良益生菌的生理特性、益生功能及其与益生元的代谢互作机制；优良益生菌株的模型动物体内评估及微胶囊制剂和产业化应用；益生菌对发酵酸乳风味影响及其功能活性保持的动态机制；西北不同民族群体肠道微生物组和家族族群母乳微生物组(Microbiome)特征；基于多组学方法和CRISPR基因编辑技术改造和筛选高效益生菌及其在食品加工中的应用等。
