茶树精油对果实采后病原真菌亚细胞功能的干扰及其分子机制研究

The fungal disease is the main reason for postharvest losses of fruit, and the researches focused on the new biological control methods to control disease. In previous test, tea tree oil (TTO) can cause the alternations of subcellular structure, such as cell membrane and mitochondria. In this program, we will reveal the interference effects and molecular mechanism of TTO and it's main components (terpinen-4-ol,1,8-Cineole) on the subcellular function of Botrytis Cinerea and Penicillium expansum in vitro condition. The functional disturbance manner will be indicated by studing the permeability and chemical composition changes of fungal cell membrane, combined with the constuction of liposomes as membrane model. The mitochondrial membrane potential, respiratory chain function, reactive oxygen species (ROS) level and relative metablolism will be determined. The molecular mechanism will be revealed by using the gene chip technology to analyz the changes of fungal gene expression profiles, and then the key regulatory pathways and differentially expressed genes will be analyzed and validated. The results of this program will reveal the mechanism of essential oil on the fungi disease, and enrich the theory basis in postharvest research field. Meanwhile, these studies will provid some guide to promote the commercial application of essential oils on the fruit preservation.

病原真菌侵染是果实采后损失的主要原因，探寻新型生物防治方法是当今研究热点。前期研究发现，茶树精油（TTO）抑菌作用与真菌细胞膜和线粒体等主要亚细胞微观结构变化有关，但具体的干扰机制尚不明确。本项目以采后2种主要致病菌- - 灰葡萄孢霉、扩展青霉为研究对象，开展TTO及其差异组分（松油烯-4-醇、1,8-桉叶素）的体外抑菌试验，研究真菌细胞膜化学组成和物理性能变化，结合所构建脂质体细胞膜模型的损伤来阐明TTO对细胞膜功能干扰的方式；分析线粒体膜电位、呼吸链功能、 ROS(活性氧)水平及相关代谢酶类，反映TTO对线粒体功能的影响。利用微阵列基因芯片检测真菌基因表达谱变化，分析并验证与上述功能干扰相关的关键调控通路和差异表达基因，明确其分子机制。本项目的研究成果，一方面在精油抗菌理论上有所突破，丰富采后研究领域的学术内容；另一方面也可为TTO的商业应用、技术改进和精油复配等提供必要的科学理论指导。

本课题主要研究茶树精油（TTO）及其特征组分（松油烯-4-醇、1,8-桉叶素）对果实采后主要病原真菌（B. cinerea和P. expansum）的抑菌机制。结果表明，TTO和松油烯-4-醇对B. cinerea抑制强，对P. expansum抑制弱，松油烯-4-醇是TTO中最重要的抑菌组分。TTO都能破坏2种真菌菌丝形态和超微结构、细胞膜组成和透性、呼吸代谢和氧化应激等线粒体功能。与P. expansum相比，受TTO处理的B. cinerea中甾醇和脂质下降比例更高，膜透性升高更明显；三羧酸循环（TCA）代谢受TTO阻碍更敏感，活性氧（ROS）积累和抗氧化酶类活性更高，线粒体形态和关键酶受破坏更严重，ATP损失更多，因此B. cinerea对TTO更为敏感。运用iTRAQ蛋白质组学和代谢组学研究也发现，TTO导致B. cinerea中大量蛋白质和代谢物的下调，主要就体现在TCA循环和脂肪酸代谢受损严重。作为TTO中的特征组分，松油烯-4-醇对B. cinerea抑菌能力最强，对膜组分和透性影响最大；1, 8-桉叶素则没有导致膜透性和组成的显著变化，但破坏了内部细胞器。二者复合则发挥协同增效作用，抑菌效果和机制与TTO类似。高通量测序分析发现，茶树精油抑制了B. cinerea细胞膜及线粒体相关基因的表达，妨碍了丙酮酸代谢、脂肪酸相关代谢途径；松油烯-4-醇和1, 8-桉叶素影响不同的代谢途径，但1, 8-桉叶素和松油烯-4-醇二者复合同TTO的影响类似。这也从分子水平上再次明确TTO中2种特征组分的协同抑菌作用及其机制。目前已发表论文12篇（其中SCI 8篇，含ESI高引1篇），接受EI期刊论文1篇，培养硕士研究生3名。