水活度升高启动饲料中产毒黄曲霉孢子萌发的机制研究

Aflatoxins cause serious harmful to human and animal’s health, which are mainly produced by Aspergillus flavus in feed. Inhibition of Aspergillus flavus spore germination is an effective way to prevent aflatoxin contamination. The trigger mechanism of spores’ germination is not very clear yet, it causes a lot of restrictions in conventional mildewproof measures for feed industry. This project intends to study the morphological changes at the beginning of the spores’ germination at fixed temperature and high water activity. Also, identify the main promoter gene, major genes and marker genes, the key metabolic pathway and analysis of its biological function at the start of the spore germination stage using modern biological technology, such as high-throughput sequencing, metabolomics, etc. The present study will find out the biological mechanism for the trigger of spores’ germination of Aspergillus flavus by the increase of water activity, clear starting “spore germination switch” and explore the use of signal substances to control the feasibility of Aspergillus flavus spores germination. This study would provide theoretical significance and practical value to guide the feed mold technology research and the control of aflatoxin contamination of feed.

饲料中的黄曲霉毒素主要由产毒黄曲霉产生，对人畜具有巨大危害性。抑制产毒黄曲霉孢子萌发是预防饲料黄曲霉毒素污染的有效途径，但是目前对黄曲霉孢子萌发的启动机制尚不十分清楚，造成常规防霉防毒措施效果受限。本项目拟采用高通量测序、代谢组学等现代生物学技术，在固定温度下，研究水活度升高引发产毒黄曲霉孢子萌发起始阶段的形态学变化、启动孢子萌发的标记基因、主效基因、关键代谢途径，解析其生物功能，探明水活度升高启动黄曲霉孢子萌发的生物学机制，明确决定孢子萌发的起始“开关”，探索利用信号物质控制黄曲霉孢子萌发的可行性。项目成果对指导饲料防霉技术研发及控制饲料黄曲霉毒素污染有理论意义和实际价值。

黄曲霉毒素对动物健康、食品卫生安全有严重的不良影响，饲料中黄曲霉毒素主要由黄曲霉产生。在饲料中抑制黄曲霉孢子的萌发是抑制黄曲霉生长、黄曲霉毒素产生的有效措施，目前对黄曲霉孢子萌发的相关生物学机制并不清楚，饲料防霉措施受到一定限制。本项目通过微生物培养、形态学研究、分子生物学试验，检测了11种常见饲料原料不同的水活度和水分含量，并拟合相应的等温吸附曲线。研究了黄曲霉孢子在启动萌发过程以及后续生长的生物学机制，并探究了水活度对黄曲霉孢子萌发的影响及其机制。主要研究结果如下:.1、研究了11种常用饲料原料（小麦粉、米糠、棉粕、芝麻粕、玉米蛋白粉、DDGS、大麦粉、次粉、麸皮、花生粕、玉米胚芽粕）的平衡水分吸附等温曲线，评价修正几种常用的吸湿方程对集中饲料原料平衡水分吸附等温曲线的拟合效果计算出11种原料的绝对安全水分和相对安全分水分。该研究对饲料储存和防霉有科学指导意义。.2、黄曲霉孢子萌发过程中可分为休眠期、吸水膨胀期、出芽期、芽管生长四个不同阶段。黄曲霉孢子在萌发启动过程中翻译、氨基酸代谢和碳水化合物代谢是最主要的代谢通路，其中翻译过程中最主要的是核糖体的形成，其中RPS28e, RPL53 和 RPL36e基因发挥关键作用；在芽管生长阶段，脂质代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢是主要的代谢通路，脂质代谢中POX1基因发挥关键作用。低水活度会造成黄曲霉孢子体积变小，细胞表面不规则，细胞壁以及细胞膜出现损伤，孢子萌发率降低，干扰了孢子的萌发。低水活度主要影响了黄曲霉孢子碳水化合物代谢中creA, TreB等基因的表达量变化，氨基酸代谢中Clr4, RmtA等基因的表达量变化以及翻译过程中L37, L3等基因的表达量下调，从而影响了孢子正常萌发所需的关键生化代谢过程。低水活度对孢子萌发的抑制作用可能主要是干扰了核糖体合成的过程。该研究对饲料防霉技术的研发以及黄曲霉毒素的防控有着理论意义。