炭疽病由炭疽菌屬引起，是全球最緊迫的植物病害之一，具有強(qiáng)破壞性、分布廣、感染范圍大等特點(diǎn)?；瘜W(xué)殺菌劑仍是當(dāng)前防治炭疽病的主要手段，但濫用導(dǎo)致病原體抗藥性、環(huán)境污染和食品安全等問(wèn)題。植物是天然抗真菌物質(zhì)的寶庫(kù)，開(kāi)發(fā)植物源殺菌劑具有選擇性強(qiáng)、對(duì)非目標(biāo)生物相對(duì)安全、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。

2024年11月煙臺(tái)先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗(yàn)室楊軍麗研究員團(tuán)隊(duì)在Postharvest Biology and Technology雜志上發(fā)表題為“Gypenoside GP5 effectively controls Colletotrichum gloeosporioides, an anthracnose fungus, by activating autophagy”文章。研究利用DIA蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，揭示了絞股藍(lán)皂苷GP5通過(guò)激活自噬機(jī)制有效控制炭疽菌的機(jī)理，為防治炭疽病提供了新的思路。拜譜生物為該研究提供了DIA蛋白組學(xué)技術(shù)服務(wù)。

中文標(biāo)題：絞股藍(lán)皂苷GP5通過(guò)激活自噬有效控制炭疽病真菌Colletotrichum gloeosporioides

期刊：Postharvest Biology and Technology

2024年影響因子：6.4

發(fā)表時(shí)間：2024年11月

客戶(hù)單位：煙臺(tái)先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗(yàn)室

研究材料：絞股藍(lán)皂苷GP5處理后的炭疽病真菌C. gloeosporioides

拜譜提供技術(shù)：DIA蛋白組學(xué)

研究思路：

研究結(jié)果

GP5對(duì)炭疽菌的抑制作用

通過(guò) 菌絲生長(zhǎng)速率法測(cè)定化合物GP4-GP7對(duì)菌絲生長(zhǎng)的抑制作用，結(jié)果顯示GP4-GP7的EC50值分別為96.98、27.5、38.48和61.59 mg/L。其中，GP5表現(xiàn)出最強(qiáng)的抑制效果，在12.5 mg/L濃度下，其抑制效果顯著優(yōu)于其他化合物。當(dāng)GP5濃度為25 mg/L時(shí)，對(duì)炭疽菌的抑制率接近50%。此外，GP5的抗真菌活性超過(guò)了常用的化學(xué)農(nóng)藥百菌清和植物源農(nóng)藥苦參堿（圖1）。

圖1 GP5及其結(jié)構(gòu)相似性化合物對(duì)球孢梭菌菌絲生長(zhǎng)的影響

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

通過(guò)顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)在GP5濃度為EC50時(shí)，孢子萌發(fā)受到明顯抑制；而在400 mg/L濃度下，孢子完全不萌發(fā)。培養(yǎng)8小時(shí)后，GP5處理組的孢子萌發(fā)率顯著低于對(duì)照組。在400 mg/L濃度下，孢子芽管長(zhǎng)度僅為11.11 μm，而對(duì)照組的芽管長(zhǎng)度已達(dá)到92.70 μm。這表明GP5能夠有效抑制炭疽菌孢子的萌發(fā)和芽管伸長(zhǎng)（圖2）。

圖2 用EC50和400mg/L濃度處理GP5后的孢子萌發(fā)和芽管長(zhǎng)度

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

研究發(fā)現(xiàn)，GP5能夠有效抑制蘋(píng)果、葡萄和番茄上的炭疽病斑擴(kuò)展。當(dāng)GP5濃度達(dá)到500 mg/L時(shí)，蘋(píng)果、葡萄和番茄的炭疽病發(fā)病率顯著降低。在1000 mg/L濃度下，GP5對(duì)蘋(píng)果、葡萄和番茄的炭疽病都有顯著抑制作用（圖3）。

圖3 GP5可抑制球孢梭菌對(duì)收獲果實(shí)的毒力

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

GP5處理后炭疽菌菌體變化情況

通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）觀察，發(fā)現(xiàn)GP5處理后的炭疽菌菌絲部分脫水，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（圖4）。在400 mg/L濃度下，GP5處理的菌絲細(xì)胞壁粘附增強(qiáng)。TEM觀察顯示，GP5處理后，細(xì)胞內(nèi)的線粒體結(jié)構(gòu)變得模糊，線粒體嵴斷裂，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)難以辨認(rèn)，并且出現(xiàn)了自噬體和自溶酶體。這些結(jié)果表明，GP5通過(guò)誘導(dǎo)自噬導(dǎo)致細(xì)胞死亡，從而發(fā)揮抗菌作用。

圖4 GP5處理后的電鏡觀察

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

通過(guò)熒光顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)GP5處理后的炭疽菌細(xì)胞中出現(xiàn)大量紅色熒光，表明存在大量的酸性囊泡結(jié)構(gòu)，如自噬體和溶酶體（圖5）。這與之前的TEM觀察結(jié)果一致，證實(shí)了GP5誘導(dǎo)的自噬現(xiàn)象。此外，GP5處理后，細(xì)胞內(nèi)鈣離子（Ca2+）濃度升高，進(jìn)一步激活自噬系統(tǒng)。

圖5 GP5治療后的AO染色

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

通過(guò)JC-1染色法檢測(cè)線粒體膜電位，發(fā)現(xiàn)GP5處理后，線粒體膜電位顯著下降。隨著GP5濃度的增加，紅色熒光逐漸減弱，綠色熒光逐漸增強(qiáng)，表明GP5能夠誘導(dǎo)線粒體膜損傷，破壞線粒體功能，進(jìn)而觸發(fā)線粒體自噬（圖6）。

圖6 細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度和線粒體膜電位變化

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

蛋白組學(xué)分析

通過(guò)DIA蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)GP5處理后，炭疽菌中有271個(gè)蛋白質(zhì)表達(dá)發(fā)生顯著變化，其中214個(gè)上調(diào)，57個(gè)下調(diào)（圖7）。GO功能分析顯示，差異表達(dá)蛋白主要參與代謝過(guò)程和細(xì)胞過(guò)程。KEGG通路分析顯示，差異表達(dá)蛋白主要富集在有機(jī)物質(zhì)代謝、細(xì)胞氮化合物代謝和基因表達(dá)等途徑。特別是，自噬相關(guān)蛋白Atg8的表達(dá)上調(diào)，進(jìn)一步證實(shí)了GP5通過(guò)自噬途徑發(fā)揮抗真菌作用。

圖7 蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

文章小結(jié)

研究發(fā)現(xiàn)絞股藍(lán)皂苷GP5能夠有效抑制炭疽菌的生長(zhǎng)和致病性。通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，GP5顯著抑制了炭疽菌菌絲的生長(zhǎng)和孢子萌發(fā)，其效果優(yōu)于常用的化學(xué)農(nóng)藥氯噻酮和植物源農(nóng)藥苦參堿。進(jìn)一步的電鏡觀察和蛋白組學(xué)分析顯示，GP5通過(guò)激活自噬途徑，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)自噬體和自溶酶體的形成，從而導(dǎo)致炭疽菌細(xì)胞死亡。

圖8 GP5對(duì)抗C. gloeosporioides的抗真菌機(jī)制。

（圖源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

拜譜小結(jié)

研究采用DIA蛋白組學(xué)，揭示了絞股藍(lán)皂苷GP5通過(guò)激活自噬機(jī)制有效控制炭疽菌的機(jī)理。這一發(fā)現(xiàn)不僅為防治炭疽病提供了新的思路，還展示了DIA蛋白組學(xué)在植物病理學(xué)研究中的強(qiáng)大應(yīng)用潛力。拜譜生物作為一家國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，率先引進(jìn)賽默飛最新一代質(zhì)譜儀Astral，并且專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)總結(jié)多年DIA蛋白組項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合Astral質(zhì)譜儀高穩(wěn)定性、高靈敏度、高通量、高深度的特性對(duì)樣品制備、分離技術(shù)、算法軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)全流程進(jìn)行多維迭代更新，助力蛋白組學(xué)檢測(cè)。此外，拜譜生物還提供轉(zhuǎn)錄組學(xué)、翻譯后修飾組、代謝組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)合產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)，歡迎致電咨詢(xún)！

參考文獻(xiàn)：

Liu Y, Li X, Gong C, et al. Gypenoside GP5 effectively controls Colletotrichum gloeosporioides, an anthracnose fungus, by activating autophagy[J]. Postharvest Biology and Technology, 2025, 220: 113305.