BcBOT1/3/4有助于灰葡萄孢菌在葡萄浆果上的温度依赖性生长、分生孢子萌发及致病性

《Food Microbiology》:BcBOT1/3/4 contribute to temperature-dependent growth, conidial germination and virulence of Botrytis cinerea on grape berries

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月17日 来源:Food Microbiology 5.4

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   摘要灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)是葡萄灰霉病的病原菌,是最重要的采后病原真菌之一。尽管低温贮藏被广泛用于抑制真菌生长和延缓病害发展,但在冷藏条件下葡萄灰霉病仍然严重。然而,温度适应和致病性调控的分子机制尚不清楚。本研究通过温度响应性转录组分析,鉴定了多个在不

  

摘要

灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)是葡萄灰霉病的病原菌,是最重要的采后病原真菌之一。尽管低温贮藏被广泛用于抑制真菌生长和延缓病害发展,但在冷藏条件下葡萄灰霉病仍然严重。然而,温度适应和致病性调控的分子机制尚不清楚。本研究通过温度响应性转录组分析,鉴定了多个在不同温度下呈差异表达模式的葡萄菌酮(BOT)合成相关基因。其中,BcBOT1、BcBOT3和BcBOT4编码三种参与葡萄菌酮前体序贯修饰的细胞色素P450单加氧酶。利用分体标记PCR技术构建了BcBOT1、BcBOT3和BcBOT4的缺失突变体,并在不同温度下评估了其生物学特性和对葡萄的致病性。结果表明,BcBOT1、BcBOT3和BcBOT4的缺失降低了灰葡萄孢菌在葡萄上的菌落扩展、分生孢子萌发和致病性。此外,缺失突变体在不同温度条件下对氧化、渗透和细胞壁相关应激表现出基因特异性的反应变化,表明BcBOT1、BcBOT3和BcBOT4参与灰葡萄孢菌的应激反应。这些发现为基因在灰葡萄孢菌生长和致病性中的作用提供了见解,增进了对葡萄灰霉病温度相关调控的理解,有助于开发改进的采后灰霉病防治策略。

引言

葡萄灰霉病由坏死营养型真菌病原菌灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)引起,是影响全球葡萄和葡萄酒产业最具破坏性的病害之一(Bardin et al., 2014; Singh et al., 2024)。灰葡萄孢菌因其宿主范围极广,据报道可感染超过1,600种植物物种,被列为经济重要性最高的十大植物病原真菌之一(Caseys et al., 2021; Plesken et al., 2021; Bi et al., 2023)。此外,其多样化的侵染策略涉及分泌蛋白、复杂的信号转导途径和植物毒性次级代谢产物(González-Fernández et al., 2015; Rascle et al., 2018)。该病原菌能够在生长季节建立潜伏感染,并在采后阶段——包括收获、贮藏、运输和市场分销期间——引发严重的病害暴发(Kulakiotu et al., 2004; Liu et al., 2021; Miotto Vilanova et al., 2022)。灰葡萄孢菌的侵染导致果实快速腐烂、水浸状病斑和特征性的灰霉症状,造成严重的产量损失和果实品质下降(Riquelme et al., 2021)。尽管低温贮藏被广泛用于抑制真菌生长和延缓病害发展,但灰霉病在冷藏及后续货架期内仍常发生,凸显了基于温度的控制策略的局限性,以及进一步了解灰葡萄孢菌温度依赖性致病机制的迫切需求(Robiglio et al., 2011; Naets et al., 2022)。
温度在调控灰葡萄孢菌的生长、存活和毒力中起着关键作用(Gabler et al., 2006; Martínez et al., 2009)。在约23°C的潮湿条件下侵染效率最高,而当温度超过30°C时病害发生率急剧下降(Fedele et al., 2020; Li et al., 2023)。灰葡萄孢菌利用特化的侵染结构穿透寄主,包括吸器和侵染垫,这与分生孢子萌发时形成的大型芽管不同(Tang et al., 2025)。值得注意的是,研究表明该病原菌的分生孢子即使在零以下温度(如-0.5°C)仍能保持萌发能力,凸显了其在冷环境中的适应性和持续性,表明了其深厚的耐寒能力,这使得采后管理变得复杂(Shin et al., 2014)。这种可塑性表明灰葡萄孢菌会动态调节其侵染策略,包括毒力决定因子的表达,以响应热信号。
成功的穿透和定殖依赖于多种毒力因子的协同部署,包括细胞壁降解酶、分泌蛋白和植物毒性次级代谢产物,它们共同促进寄主组织软化和病害进展(Malmierca et al., 2016; Escobar-Ni?o et al., 2021; Li et al., 2022; Bulasag et al., 2023)。葡萄菌酮(BOT)是一种由灰葡萄孢菌在寄主体内感染时产生的非寄主特异性植物毒素(Siewers et al., 2005; Simon et al., 2013)。葡萄菌酮的生物合成由一个基因簇编码,其中包括多种氧化还原酶和修饰酶。关键的是,核心的氧化修饰步骤由三种细胞色素P450单加氧酶(BcBot1、BcBot3和BcBot4)控制,它们序贯修饰葡萄菌酮前体(Moraga et al., 2016)。该基因簇还包括一个单萜环化酶(BcBot2)、一个乙酰转移酶(BcBot5)、一个转录因子(BcBot6)和一个脱氢酶(BcBot7)。有趣的是,新兴证据表明BOT合成基因的表达,特别是这些关键P450编码基因,容易受到温度扰动的影响(Pinedo et al., 2008; Porquier et al., 2016; Li et al., 2023)。初步研究表明,热应激和冷应激均可抑制它们的转录,表明这些P450是连接环境信号与毒素产生的热感应节点(Li et al., 2023)。
尽管、和在BOT合成中的作用已被充分确立,但这些基因是否对灰葡萄孢菌的温度依赖性生长、致病性和环境适应有贡献仍知之甚少。为填补这一知识空白,我们首先通过转录组分析鉴定了温度响应基因,结果表明BOT合成基因簇,特别是、和,受到温度的显著调控。随后,我们构建了靶向缺失突变体,并在不同温度条件下系统地比较了它们与野生菌株在生长、分生孢子萌发、致病性和应激反应方面的差异。本研究通过证明这些基因参与温度依赖性的真菌发育、致病性和应激适应,将、和的已知功能扩展到葡萄菌酮生物合成之外。这些发现增进了对低温条件下葡萄灰霉病发育分子基础的理解,并凸显了它们作为采后灰霉病防治进一步研究候选基因的潜力。

章节摘要

菌株、果实和温度处理

灰葡萄孢菌(B. cinerea)BX01,从冰箱中贮藏且具有典型灰霉症状的葡萄上分离获得,在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA, Difco, Detroit)上于25°C培养以维持和产孢。红地球和夏黑葡萄从山东省济南市当地水果超市购买,用于测试灰葡萄孢菌BX01和突变体在不同温度下的致病性。选择了三种温度处理(5°C、20°C和35°C)以代表采后冷链

温度影响灰霉病的发展和灰葡萄孢菌的生长

温度影响灰霉病的发生。接种灰葡萄孢菌的红地球和夏黑葡萄在20°C时发展出严重症状,病斑直径分别为3.13厘米和2.46厘米。在5°C低温条件下,侵染仍然发生,但病斑保持较小,两个品种的病斑直径均小于1厘米。在高温条件下,未观察到病害症状(图1A, B)。同时,平行的体外真菌生长测定显示出相似的结果

讨论

温度是影响微生物感染和病害流行的关键决定因素(Cheng et al., 2013; Shao et al., 2023)。由灰葡萄孢菌引起的灰霉病长期以来一直被认为是低温病害(Zajc et al., 2022; Khalaj et al., 2023)。本研究发现,灰葡萄孢菌在冷藏条件下表现出很强的适应性和高毒力。灰葡萄孢菌在低温(5°C)下的分生孢子萌发率与20°C时相似,尽管其生长速率较

结论

本研究表明,在野生型灰葡萄孢菌BX01中缺失、和降低了菌落生长、分生孢子萌发和毒力,尤其是在低温条件下。尽管和的缺失导致分生孢子产量比缺失下降更多,但三个基因的全部破坏显著抑制了低温下的分生孢子萌发。此外,缺失、或差异性地降低了

CRediT作者贡献声明

魏燕锋:监督,资源,项目管理。江航:写作——审阅与编辑,软件,方法学。袁立芳:写作——初稿,资金获取,概念设计。李廷刚:资源。姚晓伟:调查,形式分析,数据整理。刘起宝:验证。尹向田:验证。韩星:可视化

未引用参考文献

Chand Arya et al., 2022.

数据可用性

本研究产生的RNA-seq数据已存入NCBI序列读取档案(SRA),BioProject登录号为PRJNA1494051。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究由山东省农业科学院农业科技创新项目(SAASASTIP)(CXGC2026B13)和国家自然科学基金项目(32402337)资助。
袁立芳|姚晓伟|李廷刚|尹向田|刘起宝|韩星|江航|魏燕锋
山东省农业科学院山东葡萄研究所,山东省济南市,250100,中国
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