揭示hinokitiol对柑橘酸腐病的抗性机制:细胞壁完整性与抗氧化防御之间的双重调控作用

《Food Bioscience》:Unveiling the disease resistance mechanism of hinokitiol against citrus sour rot: A dual regulatory between cell wall integrity and antioxidant defense

【字体: 时间:2026年06月10日 来源:Food Bioscience 5.9

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  罗梦|邓欣|吴一清|杨颖颖|侯天宇|张新宇|万春鹏|陈楚颖|陈金音中国江西省农业大学农学院果树与蔬菜采后贮藏与保鲜重点实验室,南昌,330045摘要柑橘酸腐病(CSR)由一种侵入伤口的真菌Geotrichum citri-aurantii引起,会导致果实品质显著下降,并在柑橘生产

  
罗梦|邓欣|吴一清|杨颖颖|侯天宇|张新宇|万春鹏|陈楚颖|陈金音
中国江西省农业大学农学院果树与蔬菜采后贮藏与保鲜重点实验室,南昌,330045

摘要

柑橘酸腐病(CSR)由一种侵入伤口的真菌Geotrichum citri-aurantii引起,会导致果实品质显著下降,并在柑橘生产中造成巨大的经济损失。绿色型抗真菌产品(GAPs)是管理真菌病害的环保替代方案。然而,天然萜类化合物hinokitiol(HIN)对CSR的抑制作用和抗病机制仍不充分。本研究探讨了HIN在采后的‘Lane Late’脐橙中对Geotrichum citri-aurantii的抗性作用及其机制。体内实验表明,HIN显著延缓了CSR的发展,在Geotrichum citri-aurantii接种6天后将病害严重程度降低了47.0%。此外,HIN处理显著抑制了果皮硬度的下降,以及相对电导率、过氧化氢水平和丙二醛含量的增加。通过降低细胞壁降解酶的活性及其编码基因的表达,HIN有助于维持细胞壁完整性(CWI),从而延缓了由真菌感染引起的果实软化。经过HIN处理的脐橙还保持了更高的抗氧化能力,非酶类抗氧化剂水平也有所提高。此外,ROS清除酶的活性也得到了增强,其编码基因的表达也上调。在相关性分析中,我们发现了六个与CSR严重程度相关的转录因子(ERF014/098、bHLH035、WRKY40、ZAT11和PAT1)。总体而言,这些结果表明,HIN处理通过维持CWI和建立ROS稳态,有效抵抗了Geotrichum citri-aurantii的侵染,使其成为大规模商业应用中的GAP。

引言

脐橙(Citrus sinensis L.)在柑橘类水果中具有重要的经济价值,因其丰富的营养成分和广泛的消费者吸引力而受到青睐。尽管其水分含量高且营养丰富,但柑橘类水果极易受到真菌感染,导致品质下降、贮藏性降低和巨大的经济损失(Dasgupta & Noor, 2025)。在这些病害中,由Geotrichum citri-aurantii引起的柑橘酸腐病(CSR)是采后贮藏和运输过程中仅次于Penicillium霉菌的严重真菌病害。Geotrichum citri-aurantii的快速传播会导致果实广泛软化,对柑橘产业构成重大挑战,并造成巨大经济损失。迄今为止,管理CSR的主要策略是使用化学杀菌剂,包括guazatine、imazalil和thiabendazole(Fran?ois et al., 2022; Soto-Mu?oz et al., 2020)。然而,这些合成杀菌剂在柑橘生产中的长期和广泛使用引发了对其对果实整体品质、人类健康和环境的不良影响的严重担忧(Bhandari et al., 2022)。鉴于消费者和监管机构对传统化学物质或合成杀菌剂引起的食品安全和环境污染日益关注,探索创新且环保的CSR管理替代方案至关重要。
近年来,越来越多的绿色型抗真菌产品(GAPs)因其对人体安全、可生物降解性、低抗性发展风险和最小环境影响而被认可,成为提高柑橘类水果采后抗病性的有希望的策略(Abbas et al., 2026)。一些GAPs,如Allium提取物(Fernández et al., 2022)、小檗碱(Li, Lin, et al., 2024)、肉桂醛(Duan et al., 2021)、肉桂酸(Cheng et al., 2022)、薄荷醇(Cai et al., 2023)、三糖酯(Xu et al., 2022)以及拮抗性Neurospora sitophila Y-4(Ling et al., 2025),已被证明可以抑制Geotrichum citri-aurantii的生长并提高柑橘类水果的采后抗性。此外,Fernández et al.(2022)发现,0.5 g/L的纳他霉素处理通过激活宿主对Geotrichum citri-aurantii感染的防御反应,显著降低了‘Lisbon’柠檬的CSR发生率。一种天然萜类化合物hinokitiol(HIN)或β-thujaplicin,来自Chymacyparis taiwanensis的心材,显示出对多种病原真菌的广谱抗真菌活性,包括Alternaria alternata(Mei et al., 2024)、Botrytis cinerea(引起苹果和葡萄果实灰霉病)(Wang et al., 2020)、Colletotrichum gloeosporioides(引起芒果果实炭疽病)(Zhang et al., 2023)和Sclerotinia sclerotiorum(引起胡萝卜核盘菌病)(Qiao et al., 2022)。此外,在‘KEK-1’番茄的保鲜过程中,HIN显示出了保持整体品质(颜色值和营养价值)和延长保质期而不发生腐败的效果(Vanitha et al., 2019)。HIN具有显著的优点,包括广谱抗菌活性、优异的热稳定性、易于生物降解性,以及与化学合成杀菌剂相比较低的引发病原体耐药性的风险。重要的是,HIN已获得日本政府的批准,可用于食品保鲜、化妆品和某些医疗产品,因其强大的抗菌活性和经验证的对人类健康的安全性(Bernard et al., 2021)。迄今为止,尚未报告HIN应用引起的任何毒性或不良健康影响,这进一步巩固了其作为柑橘采后保鲜有希望的GAP的发展潜力。
植物中的活性氧(ROS)基线水平通常通过协调ROS的产生和清除系统来调节,以维持氧化还原稳态(Chowdhary & Alkan, 2025)。许多研究表明,ROS作为关键信号分子,在植物对生物胁迫的反应中起着双重作用,特别是在各种植物-病原体相互作用中(Wu et al., 2023)。当病原体侵入宿主植物时,伤口部位的H2O2水平(ROS爆发)急剧上升,从而增强了细胞壁并提高了宿主的抗性(Chen, Peng, et al., 2022)。此外,先前的研究表明,GAPs引起的效应可能导致正常真菌细胞的细胞膜、细胞壁、线粒体和DNA复制的氧化损伤;ROS的积累也会削弱病原体的致病性(Cai et al., 2023; Cheng et al., 2022; Deng et al., 2025; Qiao et al., 2022)。然而,关于HIN在控制柑橘真菌病害中的有效性的研究尚不足。以往关于柑橘果实接种真菌期间细胞壁降解和ROS代谢的研究主要集中在生理和生化方面,强调了探索相关分子机制的紧迫性。

章节片段

果实采收和HIN处理

成熟的‘Lane Late’脐橙(C. sinensis Osbeck)从中国江西省赣州市的一个商业果园中采收,并在5小时内用瓦楞纸箱(每箱约30个果实)迅速运输到我们的实验室。仔细挑选出大小和颜色均匀、没有机械损伤或真菌感染迹象的健康果实,然后将其浸入1.0%(v/v)的次氯酸钠溶液中2分钟进行表面消毒,

通过HIN处理控制脐橙中的CSR发展

在对照组脐橙果实中,Geotrichum citri-aurantii接种后2天就出现了初期腐烂症状。相比之下,HIN处理明显延缓了CSR症状的出现,可见的病斑首次出现在3天。随着培养时间的延长,对照组果实的病斑症状迅速恶化,6天时病斑直径达到最大值51.2 ± 3.4毫米,CSR严重程度达到最高值89.0 ± 3.0%(图1A–C)。HIN处理显著抑制了CSR的发展,

讨论

Geotrichum citri-aurantii引起的柑橘果实中的CSR是一种常见的真菌病害,发生在采后贮藏和运输阶段,由于缺乏有效的杀菌剂,控制起来非常困难。最近,包括小檗碱(Li, Lin, et al., 2024)、肉桂醛(Duan et al., 2021)、肉桂酸(Cheng et al., 2022)、薄荷醇(Cai et al., 2023)和三糖酯(Xu et al., 2022)在内的多种GAPs或“公认安全”(GRAS)盐类显示出

结论

本研究表明,HIN对Geotrichum citri-aurantii体内抗真菌效果,并能有效抑制‘Lane Late’脐橙中的CSR发展。外源性应用0.2 g/L HIN在Geotrichum citri-aurantii感染期间有效减缓了CSR的发展。HIN通过调节细胞壁代谢、ROS稳态和多种转录因子的表达来增强果实对CSR的抵抗力。HIN处理延缓了果实硬度的下降,减少了电解质泄漏和MDA的积累,

CRediT作者贡献声明

罗梦:撰写——原始草稿、可视化、方法学、数据管理。邓欣:验证、方法学、数据管理。吴一清:方法学、研究。杨颖颖:验证、方法学、研究。侯天宇:资源、方法学。张新宇:研究、正式分析。万春鹏:撰写——审阅与编辑、正式分析。陈楚颖:撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。陈金音:项目管理,

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国江西省自然科学基金(编号20232ACB215005)、JXAST青年精英科学家资助计划(编号2023QT02)和国家自然科学基金(编号32560758)的资助。我们感谢TopEdit(www.topeditsci.com)在本文修订过程中提供的语言帮助。
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