Ke Wang, et al., Antifungal Mechanism of Volatile Organic Compounds Produced by Bacillus subtilis CF-3 on Colletotrichum gloeosporioides Assessed Using Omics Technology
枯草芽孢杆菌CF-3产生的挥发性有机物对胶孢炭疽菌抗真菌机制的组学研究
期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry
影响因子：4.192
中科院分区：1区
组学领域：蛋白组和转录组
研究对象：病原真菌菌丝
枯草芽孢杆菌由于其强大的抗真菌活性、广谱抑制性和一般安全性，通常被用作生物防治细菌。在这项研究中，使用蛋白质组学和转录组学方法分析了枯草芽孢杆菌CF-3产生的挥发性有机物（VOCs）对荔枝炭疽病的主要破坏性植物病原体——胶孢炭疽菌的抑制作用。差异表达基因（DEGs）和蛋白（DEPs）显示，VOCs抑制胶孢炭疽菌表现在细胞膜流动性、细胞壁完整性、能量代谢和细胞壁降解酶产生相关基因的下调表达。尤其是与麦角甾醇生物合成和不饱和脂肪酸的生物合成有关的DEGs和DEPs受到的影响最显著。VOCs的特征组分2,4-二叔丁基苯酚也对胶孢炭疽菌显示出了相似的效果。该研究为CF-3在水果和蔬菜采后保护中的潜在应用提供了理论基础。
枯草芽孢杆菌CF-3产生的VOCs对胶孢炭疽菌生长的影响
分别为用蒸馏水（control group）、CF-3发酵液VOCs（VOCs group）和DTBP（DTBP group）处理的胶孢炭疽菌，培养七天后记录了胶孢炭疽菌的菌落大小和形态。可以看出CF-3抑制了胶孢炭疽菌的生长和萌发。
平板实验
转录组和定量蛋白组结果概览
RNA测序结果显示，以control group 为对照组，VOCs group有2781条DEG（1384条上调，1397条下调），DTBP group有3406条DEG（1272条上调，2134条下调）。TMT定量蛋白组结果显示，VOC处理后共565个DEPs（289个上调，276个上调），DTBP处理后共831个DEPs（378例上调，453例下调）。
DEGs的功能注释
以control group 为对照组，VOCs group的DEGs的GO富集结果显示，分子功能（molecular functions，MF）中的催化活性、转运活性和结合是基因数量top3的term；细胞组分（cellular components，CC）中的细胞、细胞区域、细胞器、膜和膜区域富集到了更多的基因；生物过程（biological processes，BP）中的代谢过程、细胞过程和单生物体过程排名top3。DTBP group 的DEGs的GO富集结果与上述有相似的结果，只是基因数量更多。KEGG富集展示了显著性top20的通路，在VOCs group的DEG中，最主要的途径包括糖酵解和唐异生、真核生物中核糖体的生物生成、脂肪酸降解、不饱和脂肪酸的生物合成和氮代谢；在DTBP group的DEG中，富集最显著的通路有不饱和脂肪酸的生物合成、氮代谢、脂肪酸代谢、类固醇生物合成、ABC转运蛋白和甘油磷脂代谢。
GO富集和KEGG富集
DEPs的功能注释
其中，在VOCs处理中，BP的单生物体细胞过程、单生物体代谢过程和有机氮化合物代谢过程注释到的蛋白数量最多；在CC中，细胞、细胞区域、细胞质和细胞外围是最主要富集的通路；在MF中，催化活性、氧化还原酶活性和小分子结合排名top3。KEGG富集通路主要是关于代谢通路，包括碳水化合物代谢（AA）、能量代谢（AB）、脂质代谢（AC）、核苷酸代谢（AD）、氨基酸代谢通路（AE）和主要与翻译相关的核糖体途径（BB）。
DEPs的GO富集和KEGG富集
转录组和蛋白组整合分析
为了评估蛋白结果和转录结果的重复性，分别对VOC和DTBP处理组的差异蛋白与其相应基因进行相关性分析。红色表示上调的共有基因和蛋白，绿色表示共同下调的，R2值分别为0.28和0.51。蛋白组数据为转录组提供了进一步的确证和补充。在VOC处理中，182个蛋白与转录组关联，其中137个趋势相同，45个趋势相反。相关性相对较差，但相同趋势的数量远远多于相反趋势的数量，因此可以将两者关联分析。
DEGs和DEPs关联分析——相关性分析和韦恩图
与FAD2相关的关键基因(CGGC5_3774)下调表达，FAD2主要编码Δ-12脂肪酸脱氢酶，与亚麻酸的合成有关。亚麻酸是一种不饱和脂肪酸，是胶孢炭疽菌中的主要脂肪酸之一，它在维持细胞膜流动性方面起着至关重要的作用。
胶孢炭疽菌中不饱和脂肪酸的生物合成通路
麦角甾醇(ERG)是真菌细胞膜的主要甾醇成分，VOCs处理后，相关基因下调表达，表明细胞膜的完整性可能受到了损害。在植物宿主与病原体相互识别的过程中，病原真菌可以分泌细胞壁降解酶(CWDEs)，因此编码CWDEs基因的下调可能会大大削弱胶孢炭疽菌侵染宿主的能力。
VOCs处理对胶孢炭疽菌的影响概览，红色箭头表示下调的DEGs和DEPs
综上所述，转录组学和蛋白质组学分析是研究枯草芽孢杆菌CF-3的VOCs对采后病原真菌胶孢炭疽菌的抑制作用的补充方法。结果表明，VOCs对重要的真菌通路有抑制作用，主要包括对细胞膜、细胞壁合成和能量代谢的影响。最终得出结论，枯草芽孢杆菌CF-3的VOCs主要通过对胶孢炭疽菌的生长发育的抑制而达到抑菌活性。该研究为揭示枯草芽孢杆菌CF-3的VOCs对真菌生长的抑制作用机制提供了重要启示，对今后的应用具有一定的参考价值。
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