基于有机酸转运的寄主果实对青霉菌致病力的影响机制研究

Penicillium spp. was one of the most important postharvest pathogenic fungus on fruit and vegetable, which caused huge economic loss. Organic acids secreted by Penicillium spp. were of an important pathogenic factor, however, their transportation in host fruit tissue during colonization and their interaction remained unclear. Based on the few reports on metabolism of organic acid origin from Penicillium spp. in fruit tissue, and the hypothesis that whether the transport of citrate by MATE gene and further affected the environmental pH and pathogenic, citrate transport associated genes in citrus fruit were identified suffered from the Penicillium digitatum and their effect on the environmental pH were studied, and function of genes was verified by subcellular localization, aimed to reveal the regulation mechanism of fruit on the pathogenicity and transport of organic acids during the host-pathogen interaction. These results will contribute to reveal the molecular mechanism of citrate transport and acidity control in fruit, and provide theory support for the regulation of the defense on pathogen infection of fruits by strengthen citrate transport and reduce the speed and degree of tissue acidification.

青霉菌是重要的果蔬采后致病菌，对果蔬产业造成巨大的经济损失。青霉菌分泌的有机酸是重要的致病因子，但有机酸在寄主组织中的转运及其互作尚不清楚。针对青霉产有机酸在寄主组织中的代谢过程和转运柠檬酸对真菌致病力的影响未见报道的研究现状和MATE基因是否在果实中具有转运柠檬酸功能，进而调控环境pH、影响致病力的科学假设，本项目以分泌柠檬酸的指状青霉菌为研究对象，挖掘青霉侵染柑橘时果实柠檬酸转运相关基因，及其对侵染部位环境pH的调控机制，并对基因功能进行定位和鉴定，以阐释病原菌-寄主互作过程中果实对外源有机酸的转运及其对真菌致病力的影响机制。研究结果对于揭示果实柠檬酸转运及酸度调控的机理具有重要的科学价值，并可为通过技术手段调控柠檬酸的转运，降低组织酸化速度和程度，来提高果实防病能力，提供理论指导。

真菌侵染导致的腐烂是果蔬采后损失的主要原因，酸化真菌具有降低植-病交界面环境pH值的能力，通过酸化寄主组织达到促进致病菌定殖和侵染的目的。本项目从果实组织pH与青霉菌致病性的关系、有机酸转运基因、基于有机酸的杀菌机制等三个方面对有机酸与致病力的关系进行了研究，结果发现：(1) 本项目首次发现果实组织pH值对于真菌的致病力有明显的影响，通过分析苹果(初始pH )、梨(初始pH 4.98)、猕猴桃(初始pH 3.31)三种果实上果实组织pH对扩展青霉繁殖和毒素产生的影响。发现较低的pH值可以抑制扩展青霉的生长和毒素的分泌。(2) 通过Penicillium digitatum Pd1基因库找到了Mate1-3的基因序列，且Mate2和Mate3能够在指状青霉中稳定表达。根据指状青霉的产酸规律，发现Mate2、Mate3随着指状青霉的生长而表达量降低，且指状青霉的产酸在2、3天的时候最明显，而Mate2、Mate3则在1、2天表达量均比较高，我们推测Mate2和Mate3在指状青霉产酸过程中起着重要作用。(3) ε-聚赖氨酸处理后，苹果果实内葡萄糖酸的积累减少，葡萄糖氧化酶活性受到抑制，局部环境pH下降速度减慢；指状青霉在柑橘果实中柠檬酸的分泌减少，局部环境pH下降速度减慢，这表明ε-聚赖氨酸通过影响果实组织中葡萄糖酸、柠檬酸的积累和减缓pH的下降来抑制扩展青霉和指状青霉菌的致病性。(4) ClO2可以通过抑制柠檬酸的合成及分泌降低了指状青霉的致病力。ClO2处理后，指状青霉胞内柠檬酸含量降低，柠檬酸合成及正常的能量代谢被破坏，表明二氧化氯导致指状青霉分泌有机酸受阻，对果实自身有机酸代谢的影响也减弱，进而降低了其致病力。研究结果为有机酸在真菌-寄主互作中的作用机制研究提供了新的思路。以上研究结果表明有机酸在真菌致病力中发挥了重要作用，为真菌-寄主互作机制的研究提供了新的思路。