中国苹果中链格孢菌的鉴定、产毒能力及毒素生物合成基因研究

《International Journal of Food Microbiology》：Identification, mycotoxigenic ability and biosynthesis genes of Alternaria spp. from apples in China

本研究针对苹果及其制品中新兴真菌毒素——链格孢菌毒素(Alternaria toxins)污染问题，通过对全国14省区255株分离菌进行形态分子鉴定(UPLC-MS/MS)和PacBio测序，明确了Alternaria alternata为主要产毒菌株，鉴定出5种毒素生物合成基因，为毒素防控提供遗传学理论基础。

　　

当您拿起一个红润的苹果时，可能不会想到这枚果实表面潜藏着一种名为链格孢菌(Alternaria)的真菌。这类真菌产生的毒素——链格孢菌毒素(Alternaria toxins)作为新兴的真菌毒素，已成为苹果及其加工制品中常见的污染物。尽管其污染现象普遍，但究竟由哪些链格孢菌物种负责产毒？这些菌株的产毒能力如何？毒素生物合成的遗传机制是什么？这些问题在科学界仍不明确。正是这些悬而未决的问题，促使研究人员对中国苹果产区的链格孢菌展开了系统性研究。

为了厘清上述问题，研究人员从中国14个省份的苹果产区采集了255株链格孢菌分离株。通过形态学与分子生物学相结合的方法进行鉴定，发现其中251株为Alternaria alternata，4株属于A. arborescens物种复合体(AASC)。利用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)技术对所有菌株进行五种链格孢菌毒素（交替醇alternariol、交替醇单甲醚alternariol monomethyl ether、细交链孢菌酮酸altenuene、交链孢毒素I altertoxin I、细格菌素tentoxin）的检测。结果显示，254株菌能够产生至少一种毒素，其中交链孢毒素I的检出率最高，细交链孢菌酮酸最低。为进一步解析毒素合成机制，研究团队对EOD115菌株进行PacBio三代测序，并对产毒变异株EOD115和EOD45–2进行转录组测序，通过同源比对等方法成功鉴定了上述五种毒素的生物合成基因。这些发现为后续苹果链格孢菌毒素的防控研究奠定了重要的遗传学基础。

本研究主要采用了以下关键技术方法：从全国14省苹果产区采集样本获得255株链格孢菌分离株；通过形态学和分子生物学技术进行菌种鉴定；利用UPLC-MS/MS检测五种链格孢菌毒素的产毒能力；采用PacBio长读长测序对EOD115菌株进行基因组测序；对选定菌株进行转录组测序；运用同源比对等生物信息学方法鉴定毒素生物合成基因。

菌株鉴定与产毒能力分析

通过形态特征与分子标记相结合的方法，明确中国苹果产区链格孢菌以Alternaria alternata为绝对优势种群（251株），仅4株属于A. arborescens物种复合体。UPLC-MS/MS毒素检测表明，99.6%的分离株具有产毒能力，其中altertoxin I检出率最高，altenuene最低，揭示了中国苹果链格孢菌毒素污染的普遍性和毒素谱特征。

毒素生物合成基因鉴定

基于PacBio测序获得的EOD115菌株高质量基因组数据，结合EOD115和EOD45–2菌株的转录组分析，通过同源比对和生物信息学方法，首次系统鉴定了alternariol、alternariol monomethyl ether、altenuene、altertoxin I和tentoxin五种关键毒素的生物合成基因簇，为理解毒素合成分子机制提供了直接证据。

讨论与结论

本研究首次在全国范围内系统阐明了中国苹果链格孢菌的种群结构、产毒特性及毒素生物合成遗传基础。研究证实Alternaria alternata是苹果链格孢菌毒素污染的主要贡献者，且绝大多数菌株具备多毒素协同生产能力。通过基因组与转录组联合分析鉴定的毒素生物合成基因为开发毒素检测新方法和制定防控策略提供了重要靶点。该研究成果发表于《International Journal of Food Microbiology》，对保障苹果产业安全性和推进食品安全控制技术创新具有重要科学价值。