转录组学分析表明，与柑橘青霉（Penicillium digitatum）适应模拟气调包装相关的一种类似SOS的基因组维护应答

《Food Bioscience》：Transcriptomic profiling suggests an SOS-like genome-maintenance response associated with the adaptation of Penicillium digitatum to simulated modified-atmosphere packaging

　　

摘要

尽管气调包装（MAP）可延长鲜果货架期，但采后病原真菌Penicillium digitatum（ digitatum）能够适应MAP相关的气体胁迫。本研究综合表型和细胞观察、8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG）定量、转录组分析及羟基脲（HU）挑战实验，探讨该菌对模拟MAP的适应机制。MAP和严格控气（CA）处理均抑制菌落扩展和分生孢子产生，但MAP保留更多生长能力并引起较CA更轻的核结构和超微结构损伤。3天后，MAP下8-OHdG水平数值高于空气组但未达显著差异，而CA引起显著增加，表明CA条件下氧化性DNA损伤应答更强。RNA-seq分析显示，MAP广泛诱导参与DNA复制、复制叉支持、检查点相关应答、跨损伤合成、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复、同源重组及非同源末端连接的基因。MAP条件下，暴露于20或40 mmol/L HU的菌落在生长受限的同时仍持续扩展，与部分复制胁迫耐受性一致。综合而言，这些发现支持一个模型，即MAP相关的氧化还原胁迫及可能的氧化性DNA损伤应答可能与复制胁迫和基因组维护应答的激活相关联。MAP的渐进性特征可能提供一个驯化窗口，使复制叉支持、损伤绕行和DNA修复相协调，同时保留生长能力。此应答类似于SOS样应激预适应机制，但与经典细菌SOS操纵子不同。这些发现突出基因组维护应答作为限制真菌驯化和改进MAP病害控制的潜在靶点。

引言

柑橘是一种主要多年生果树作物，在全球水果产值中占有较大份额，年产量超过1.5亿吨（Ezzouggari et al., 2024; Hadian et al., 2023; Li et al., 2024）。柑橘果因风味独特、营养价值高而广泛食用，尤其富含微量营养素和抗氧化物质如维生素C（Neves et al., 2020）。尽管其经济重要性突出，但采后柑橘果极易发生生理性劣变和真菌腐烂，在采后供应链各环节造成显著损失（Liao et al., 2025; Rovetto et al., 2024）。青霉病，由Penicillium digitatum（P. digitatum）引起，是柑橘最具破坏性的采后病害之一。该腐生性病原快速侵染加工伤口，可致采后损失率超过90%，若管理不当将造成灾难性经济损失（Neves et al., 2020）。

合成杀菌剂，如抑霉唑和多菌灵，长期以来用于控制柑橘青霉病（Sánchez-Torres, 2021）。然而，反复施用已促生抗药性P. digitatum种群，并引发对环境持久性、残留积累、食品安全和生态可持续性的担忧（Calvaruso et al., 2020）。因此，替代方法日益受到关注，但仍面临若干障碍。例如，辐照处理可能受限于成本和消费者接受度（Di Francesco et al., 2026; Jeong et al., 2016），植物化学提取物往往缺乏明确的分子靶点（Chen et al., 2020），而生物防治剂在波动贮藏条件下的效果可能不稳定（Zhang et al., 2022）。因此，仍需要安全、可持续且具有稳定抗真菌效果的保鲜策略。

气调包装（MAP）是一种非化学保鲜技术，可延缓新鲜农产品品质劣变（Kaur et al., 2024）。在MAP系统中，农产品呼吸作用和包装膜透过性共同决定贮藏期间O₂、CO₂和N₂的内部浓度（Mahajan & Lee, 2023; Watanabe & Kitazawa, 2023）。适当降低O₂和升高CO₂可抑制好氧微生物生长，同时减缓宿主呼吸作用（Huynh et al., 2023）。然而，P. digitatum能够适应MAP类气体环境，从而降低MAP的抑制效果并导致病害控制不达标（Wang et al., 2025）。因此，理解该病原菌如何感知和耐受MAP相关气体胁迫对改进柑橘保鲜策略至关重要。

尽管P. digitatum对环境胁迫的生理和代谢应答已有研究，但基因组维护在MAP条件下对真菌存活的作用仍认识不足。高CO₂和低O₂可诱发P. digitatum胞内氧化胁迫和活性氧（ROS）积累（Wang et al., 2026）。过量ROS可将鸟嘌呤氧化生成8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG），这是氧化性DNA损伤的常用生物标志物（Chiorcea-Paquim, 2022）。然而，P. digitatum如何在渐进气体胁迫下协调DNA复制、细胞周期监测和DNA修复仍不清楚。环境DNA损伤通常激活DNA损伤应答（DDR）（Vanderwaeren et al., 2022）。细菌Save Our Souls（SOS）应答是一种可诱导的存活程序，在基因毒性胁迫威胁基因组完整性时协调DNA损伤耐受、修复和复制重启（Lima-Noronha et al., 2022）。非致死性暴露于紫外线、某些抗生素或氧化性化合物可升高ROS并产生氧化核苷酸损伤，可能导致单链断裂（SSB）、双链断裂（DSB）或复制叉停滞。由此产生的单链DNA（ssDNA）激活RecA，促进LexA自切割，解除与DNA修复、核苷酸合成和跨损伤合成相关基因的抑制（Hanawalt & Sweasy, 2020; Lima-Noronha et al., 2022）。本研究中，"SOS样"一词严格作为渐进气体胁迫下真核检查点、损伤耐受和DNA修复过程可诱导协调的概念类比使用，并不意味着经典细菌RecA–LexA SOS操纵子的存在，后者不存在于真核真菌中（Hanawalt & Sweasy, 2020; Lima-Noronha et al., 2022）。转录组测序为识别胁迫应答调控网络提供了有用方法，而8-OHdG定量则为氧化性DNA损伤提供了生化证据。在此，我们整合8-OHdG测量与DNA复制、DNA损伤检查点（DDC）信号及主要修复通路的分析，研究P. digitatum对模拟MAP的适应。这些数据为可能作为靶点的应激预适应和基因组维护过程提供了见解，有助于改进采后柑橘病害控制。

章节片段

菌株与培养条件

本研究使用的P. digitatum菌株最初分离自呈现典型青霉病症状的柑橘果实，命名为ZLC-01。其分类身份通过内部转录间隔区（ITS）测序和基于序列的分类分析确认为P. digitatum，由上海镁伽生物制药技术有限公司（中国上海）完成，如先前所述（Wang et al., 2025）。ZLC-01以20%（v/v）甘油储存在-80 °C

不同气体条件下P. digitatum的表型和超微结构变化

为评估不同气体处理对P. digitatum的抑制效果，在气体暴露3天后观察菌落形态（图1A）。与第0天相比，空气处理组菌落快速扩展并被密集绿色分生孢子覆盖（图S1）。相反，MAP和CA条件下菌落呈现更多白色菌丝且绿色分生孢子产生较少。CA产生的菌落最小，表明严格CA处理的抑制作用强于

讨论

MAP通过改变O₂和CO₂浓度延长货架期，这取决于新鲜农产品的呼吸活动和包装材料透过性（Mahajan & Lee, 2023）。本研究比较了气体暴露3天后P. digitatum对空气、MAP和CA的应答。尽管MAP和CA达到相同的最终气体组成，但MAP保持更多菌落生长且细胞形态损失较轻，而CA引起明显的菌丝变形、质壁分离，

结论

综合而言，这些发现支持一种SOS样应激预适应模型，即渐进MAP暴露可能创造一个驯化窗口，与保持细胞能力、增强复制叉支持和检查点关联的核苷酸调控以及损伤绕行和互补DNA修复通路的激活相关。这些协调应答可能有助于维持基因组完整性和真菌适应，但因果关系仍有待直接验证。复制胁迫

CRediT作者贡献声明

郝珊珊：方法学、调查研究。郭艳因：写作—审稿与编辑、监督、基金获取。吉娜：基金获取、形式分析、概念设计。徐慧慧：写作—审稿与编辑、写作—初稿撰写、项目管理、方法学、形式分析、数据管理、概念设计。王正理：写作—审稿与编辑、写作—初稿撰写、项目管理、方法学、调查研究、形式分析、数据管理，

未引用参考文献

Flattery-O'Brien and Dawes, 1998.

数据可用性

数据可应合理要求向通讯作者索取。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（32202137）和山东省自然科学基金（ZR2022MC091）资助。作者感谢所有为实验和论文准备提供帮助的贡献者。

王正理|郝珊珊|吉娜|郭艳因|徐慧慧

山东理工大学农业工程与食品科学学院，淄博 255049，中华人民共和国