《Postharvest Biology and Technology》：Physiological and molecular mechanisms underlying
Bacillus velezensis-mediated control of black spot in cherry tomato
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樱桃番茄黑斑病生物防治机制研究。利用枯草芽孢杆菌（B. velezensis）通过挥发性代谢物抑制病原菌生长，促进果实酚类及黄酮类物质积累，降低脂酶和脂氧酶活性，同时增强细胞色素c氧化酶（CCO）和抗坏血酸氧化酶（AAO）活性。转录组分析揭示171个上调和67个下调基因，涉及植物-病原体互作、苯丙素合成等代谢通路，为开发绿色防控策略提供理论依据。
杨奇雅|刘成功|魏新梦|索莱拉杰·达纳塞卡兰|埃萨·阿比索·戈达纳|王凯莉|张红银
江苏大学食品与生物工程学院，中国镇江学府路301号，212013
摘要
由Alternaria alternata引起的黑斑病对樱桃番茄产业造成了相当大的损害。因此，探索有效的生物控制策略及其机制对于管理这种疾病至关重要。在本研究中，探讨了Bacillus velezensis调控樱桃番茄黑斑病的生理和分子机制。结果表明，B. velezensis具有显著的生物控制潜力，能够有效控制樱桃番茄的自然腐烂率和重量损失，且不会对采后品质产生负面影响。B. velezensis产生的挥发性代谢物在体外抑制了A. alternata的生长。此外，B. velezensis显著抑制了A. alternata的孢子萌发和菌丝伸长，并在樱桃番茄表面和伤口处稳定定殖，从而增加了果实中的总酚类和黄酮类化合物含量。B. velezensis处理还降低了果实的脂肪酶和脂氧合酶活性，同时增强了细胞色素c氧化酶（CCO）和抗坏血酸氧化酶（AAO）的活性。转录组分析显示，樱桃番茄果实中有171个上调基因和67个下调基因（DEGs）。这些基因参与了多个关键的KEGG代谢途径，包括植物-病原体相互作用、苯丙素和黄酮类生物合成、谷胱甘肽代谢以及戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化。樱桃番茄抗病性的提高可能是由于这些代谢变化的结果。本研究为利用拮抗细菌防治樱桃番茄采后病害提供了理论基础。
引言
樱桃番茄品种丰富，果实颜色和形状多样，味道酸甜适中，并含有多种营养成分，因此深受消费者喜爱（Dong等人，2024年）。然而，在采后运输和储存过程中，它们容易受到多种真菌感染。特别值得关注的是由Alternaria alternata引起的黑斑病，这是樱桃番茄采后病害中的主要问题，给相关产业带来了巨大的经济损失（Qi等人，2024年）。目前，化学杀菌剂是控制樱桃番茄采后病害的主要方法。然而，长期使用化学杀菌剂容易导致病原体产生抗性，在食物链中留下残留物，污染生态环境，并对人类健康构成风险（Raynaldo等人，2024年）。因此，迫切需要开发新的、可持续的、环保的方法来缓解樱桃番茄生产系统中的采后病害。近年来，由于拮抗细菌的高效率和环保性，它们已成为理想的替代方案（Carmona-Hernandez等人，2019年）。这些细菌不仅能够减少采后病害的发生，还能保持产品的储存质量。例如，先前的研究表明Pseudomonas protegens ML15可以降低樱桃番茄灰霉病的发生率并改善其采后品质（Ajijah等人，2023年）。
拮抗细菌具有较高的繁殖能力、较强的耐逆性以及对病原体的多种作用方式。迄今为止，已经鉴定出许多能够抑制水果和蔬菜采后病害的拮抗细菌（Carmona-Hernandez等人，2019年）。其中，Bacillus菌因其广泛的抗真菌效果和较高的耐逆性而受到研究人员的广泛关注（Prasad等人，2023年）。许多研究报道了使用Bacillus菌株来预防水果和蔬菜的采后病害（Shafi等人，2017年）。例如，Bacillus licheniformis HG03可以降低桃子的软腐病发生率，增强抗性相关酶的活性，并提高抗病性，从而延长储存期（Wang等人，2023年）。同样，有报道称Bacillus altitudinis h217能有效降低柑橘绿霉病的发生率，其产生的挥发性有机化合物能抑制病原真菌的生长（Lu等人，2024年）。
Bacillus菌株可以通过多种机制预防和控制水果和蔬菜的采后病害，包括与病原体竞争养分和空间、诱导宿主抗性以及产生多种抗菌代谢物（Lastochkina等人，2019年）。研究表明，Bacillus可以抑制病原体孢子的萌发和菌丝伸长，并迅速在果实表面和伤口部位定殖，从而抑制病原体的生长（Khadiri等人，2023年）。研究发现Bacillus halotolerans KLBC XJ-5能有效抑制Botrytis cinerea的孢子萌发和菌丝伸长（Wang等人，2021年）。同样，有报道称Bacillus subtilis KLBC BS6能够稳定定殖蓝莓的伤口部位并降低灰霉病的发生率（Lu等人，2021年）。此外，Bacillus菌株还能刺激果实中防御相关次生代谢物的生物合成，增强宿主的抗病能力（Etesami等人，2023年）。例如，用Bacillus velezensis BE1的无细胞培养滤液处理可以增加番茄中的总酚类和黄酮类化合物含量，从而提高抗病性（Aboelez等人，2024年）。
研究表明，细胞膜的结构完整性对于抵抗病原体和延缓果实腐烂至关重要（Li等人，2024年）。当果实被病原真菌感染时，膜脂质代谢加速，导致膜脂质降解和膜通透性增加，这会损害细胞膜的完整性和功能，最终导致细胞降解、凋亡和果实腐烂（Zhang等人，2018年）。例如，感染Phomopsis longanae的龙眼果实表现出脂肪酶和脂氧合酶活性增加，这会加速不饱和脂肪酸和膜脂质的降解，从而破坏细胞膜的结构完整性并加速采后病害的发展（Wang等人，2018年）。此外，当宿主被病原体感染时，呼吸代谢会增强以产生抵抗病害所需的能量。细胞色素c氧化酶（CCO）和抗坏血酸氧化酶（AAO）是呼吸代谢中的关键终端氧化酶，它们的活性对呼吸强度和能量合成起着关键作用（Lin等人，2018年）。然而，Bacillus菌株对樱桃番茄中膜脂质代谢相关酶和呼吸终端氧化酶的影响尚未得到研究。
在我们之前的研究中，我们发现B. velezensis可以激活宿主的防御酶并调节ROS的平衡（Wei等人，2025年）。然而，B. velezensis在樱桃番茄中诱导的抗病性的分子机制仍不清楚。近年来，转录组学技术通过高通量测序全面分析生物样本的转录组，成为研究水果和蔬菜采后病害生物控制分子机制的强大工具（Jiang等人，2022年）。Yu等人（2021年）利用转录组技术研究了Bacillus cereus AR156在草莓中诱导防御反应的机制。他们发现了6781个在B. cereus AR156处理过的草莓中差异表达的基因（DEGs）。GO和KEGG富集分析表明，这些转录因子和基因参与了SA相关的植物抗病性、代谢过程以及苯氧嗪类和黄酮类的生物合成。这些代谢变化已被证明可以提高草莓的抗病性。
我们的初步研究发现，B. velezensis通过同时抑制黑斑病并触发果实防御机制来增强樱桃番茄的抗病性。本研究旨在阐明B. velezensis调控黑斑病的生理机制及其对樱桃番茄采后品质的影响。此外，还进行了转录组分析，以探讨B. velezensis在樱桃番茄中诱导抗病性的分子机制。这些研究为深入理解樱桃番茄采后病害的防治机制提供了更深入的见解。
研究片段
果实
本研究以成熟期的樱桃番茄为研究对象。所选果实无病虫害，无机械损伤，颜色均匀，大小相近。这些果实先用0.2%次氯酸钠处理，然后用清水冲洗，随后在塑料篮中风干。
病原体
本研究中使用的A. alternata菌株由我们的研究小组分离并通过分子鉴定，然后接种到马铃薯葡萄糖琼脂培养基上
不同拮抗微生物对A. alternata的体外
图1A显示了多种拮抗微生物在PDA培养基上对A. alternata的抑制作用。如图1B所示，共培养5天后，对照组中A. alternata的菌落直径为66.82毫米，而Y. lipolytica、R. glutinis和S. pararoseus Y16处理组中A. alternata的菌落直径分别为66.06毫米、65.47毫米和65.83毫米，与对照组相比没有显著差异。
讨论
先前的研究表明B. velezensis在控制柑橘绿霉病、草莓灰霉病和番茄灰霉病等采后病害方面具有有效性（Aboelez等人，2024年；Liu等人，2023年；Russi等人，2024年）。然而，其对抗A. alternata引起的樱桃番茄采后黑斑病的有效性尚未得到研究。本研究表明，与
结论
本研究表明B. velezensis是一种潜在的生物控制剂，其应用显著降低了樱桃番茄的自然腐烂率和重量损失，且不会对其生理品质产生不利影响。B. velezensis控制樱桃番茄黑斑病的机制可能涉及生理和分子因素。B. velezensis产生的挥发性化合物在体外能有效抑制A. alternata的生长，但它们并未表现出
CRediT作者贡献声明
王凯莉：撰写 – 审稿与编辑。张红银：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。索莱拉杰·达纳塞卡兰：撰写 – 审稿与编辑。埃萨·阿比索·戈达纳：撰写 – 审稿与编辑。刘成功：撰写 – 审稿与编辑、方法学。魏新梦：撰写 – 审稿与编辑、数据管理。杨奇雅：撰写 – 原初稿撰写、监督、资金获取、数据管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（32472804、32472414）的支持。
