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松材线虫Bursaphelenchus xylophilus病在亚洲和欧洲造成严重的生态和经济损失[1-2],伊氏杀线虫真菌Esteya vermicola (EV菌)是松材线虫的内寄生真菌,产生的新月形孢子能侵染并杀死松材线虫,在松材线虫的生物防治方面具有良好的应用前景[3]。同时,EV菌亦可侵染拟松材线虫B. mucronatus、水稻干尖线虫Aphelenchoides besseyi等线虫。研究表明:EV真菌胞内存在共生细菌[4],共生细菌对真菌的生物学和生态学具有重要的作用,如Rhizopus microsporus胞内的共生细菌Burkholderia能产生植物毒素根霉素,然后由宿主真菌分泌到环境中,导致水稻枯萎病[5]。菌丝内的共生微生物(细菌或病毒)是重要的能直接或间接改变真菌和宿主关系的互作生物[6-8],提高宿主真菌的生态适应性[9-10]。存在共生细菌的真菌对碳氮源如何响应,其代谢产物发生何种变化,目前尚未见相关报道。
代谢组学是系统生物学研究中非常重要的一个环节,旨在研究生物体或组织,甚至单个细胞的全部小分子代谢物成分及其动态变化[11]。通过对代谢物质的分析,可以从生物样本中检测并筛选出具有重要生物学意义和显著差异的代谢物质,并以此为基础研究生物体的代谢过程和变化机制[12]。对EV菌在不同碳、氮培养条件下代谢物的变化进行分析,明确显著差异代谢物,特别是重要的信号分子,不仅为EV菌的应用提供重要理论基础,而且对深入研究内共生细菌在EV菌的功能亦具有重要意义。
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阳离子模式下鉴定到的化合物多于阴离子模式下鉴定的化合物。阴、阳离子模式分别检测出279和461种化合物,其中74种为2种模式共同检出,共计666种化合物。通过质量控制过滤处理,阴、阳离子模式分别有176和362种化合物,其中2种模式共同含有40种化合物,共计498种化合物。数据总的缺失值的比例平均为0.74%:阴离子模式下,碳和氮培养基下的代谢物缺失率均为0.23%;阳离子模式下,碳培养基下的缺失率为2.38%,高于氮培养基0.11%。
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阴离子和阳离子模式下EV菌菌丝体代谢物的主成分分析得分图(图1A~B)显示:前2个主成分分别解释了94.9% (主成分1为92.5%,主成分2为2.4%)和92.5% (主成分1为89.5%,主成分2为3.0%)的变异。2种离子模式下EV菌代谢谱在碳、氮培养基培养后差异大,分组明显。偏最小二乘法判别法的分组结果(图1C~D)与主成分分析法结果一致。
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采用火山图的形式进行差异化合物展示,见图2。t检验差异显著(P<0.05)的化合物共有444种,占总数的89.2%;阴离子和阳离子模式分别有162和310种,28种为2种模式共有。VIP>1的化合物共有469种,占总数的94.2%;阴离子和阳离子模式分别有167和334种,32种为2种模式共有。利用VIP>1筛选出的化合物包含t检验法的筛选结果,表明后者更严格,且更符合统计要求。
以碳为对照组,在氮组中上调代谢物的数量是下调的3.4倍,分别为342和102种;上调和下调代谢物分别有309和86种匹配到HMDB数据库,有159和71种匹配到KEGG数据库。磷酸胍基乙酸酯和对甲酚硫酸盐是在氮培养下大量产生的特有代谢物,尿囊素、光色素、吲哚和海藻糖等是代谢物在氮培养条件下显著上调(表1)。
化合物名称 质荷比 保留时间/min 二级数据库得分 变化倍数 P KEGG编号 磷酸胍基乙酸酯 198.03 9.86 62 12.46 1.13×10−13 C03166 对甲酚硫酸盐 187.01 6.17 53 12.41 8.88×10−15 邻氨基苯甲酸酯 136.04 2.00 50 9.93 1.67×10−8 C00108 尿酸 190.05 1.29 40 8.26 6.26×10−7 C01717 尼古丁 163.12 4.68 44 5.51 1.14×10−6 C16150 4-羟基-2-喹啉羧酸 188.03 5.76 30 5.48 9.62×10−8 C01717 烟酸 124.04 3.50 41 5.17 1.71×10−7 C00253 尿囊素 159.05 5.46 50 5.09 2.53×10−4 C01551 吲哚丙烯酸 188.07 7.98 98 4.20 4.68×10−8 2-吡咯烷酮 86.06 3.79 41 4.10 2.57×10−5 C11118 咪唑乙酸 127.05 9.62 69 3.54 1.56×10−7 C02835 组胺 112.09 5.74 45 3.34 2.79×10−8 C00388 谷胱甘肽 306.08 1.02 58 3.26 5.97×10−4 C00051 光色素 243.09 1.58 70 3.00 2.79×10−4 C01727 肌肽 227.11 12.66 55 2.40 3.30×10−5 C00386 甜菜碱醛 102.09 6.73 68 2.25 9.68×10−3 C00576 吲哚 118.07 8.32 57 2.12 4.40×10−3 C00463 苹果酸 133.01 0.90 43 1.90 2.86×10−5 C00711 甜菜碱 118.09 8.30 51 1.88 2.79×10−8 C00719 胍基乙酸d 118.06 8.26 38 1.87 1.19×10−3 C00581 葫芦巴碱 138.06 9.05 38 1.59 1.71×10−7 C01004 海藻糖 341.11 1.04 78 1.34 6.16×10−5 C01083 左旋肉碱 162.11 9.31 72 1.34 2.97×10−6 C00318 邻乙酰左旋肉碱 204.12 8.54 73 1.32 1.69×10−6 C02571 茶碱 181.07 2.24 55 −1.64 6.07×10−7 C07130 二乙醇胺 106.09 8.16 45 −1.73 1.42×10−4 C06772 去甲肾上腺素 170.08 5.83 57 −2.40 1.52×10−5 C00547 阿魏酸盐 193.05 5.36 32 −3.58 2.87×10−5 C01494 核糖醇 151.06 1.01 46 −4.08 3.13×10−8 C00474 甲基咪唑乙酸 141.07 9.52 41 −4.51 2.90×10−8 C05828 赤藓糖醇 121.05 1.04 75 −5.20 2.80×10−5 C00503 Table 1. Part of significantly different metabolites
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由表2和图3可见:利用KEGG数据库对氮培养中上调和下调的显著差异代谢产物进行富集分析。上调代谢产物主要富集到氨基酸代谢通路,包括氨酰基tRNA的生物合成,精氨酸和脯氨酸代谢,精氨酸生物合成,牛磺酸和低牛磺酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢。下调的显著差异代谢产物主要涉及糖类代谢通路,包括氨基糖和核苷酸糖代谢、半乳糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸酯的相互转化、淀粉和蔗糖代谢。
代谢通路编号 代谢通路名称 匹配情况 P 影响大小 上调 sce00970 氨酰基tRNA的生物合成 18/46 4.38×10−4 0.11 sce00330 精氨酸和脯氨酸代谢 10/25 7.53×10−3 0.33 sce00220 精氨酸生物合成 8/18 8.05×10−3 0.60 sce00430 牛磺酸和低牛磺酸代谢 4/7 2.28×10−2 1.00 sce00250 丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢 8/22 3.06×10−2 0.81 下调 sce00520 氨基糖和核苷酸糖代谢 8/24 3.41×10−4 0.48 sce00052 半乳糖代谢 5/17 8.98×10−3 0.82 sce00040 戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化 4/12 1.22×10−2 0.27 sce00500 淀粉和蔗糖代谢 4/15 2.79×10−2 0.35 说明:匹配情况为匹配化合物个数/通路化合物总数 Table 2. Enriched KEGG pathways by differential metabolites of EV under carbon and nitrogen culture conditions
Metabolome of nematicidal fungus Esteya vermicola in carbon and nitrogen culture
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210828
- Received Date: 2021-12-29
- Accepted Date: 2022-05-31
- Rev Recd Date: 2022-05-24
- Available Online: 2022-11-21
- Publish Date: 2022-12-20
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Key words:
- biocontrol fungi /
- Esteya vermicola /
- metabonomics /
- LC-MS
Abstract:
Citation: | LI Xingpeng, ZHANG Yang, WANG Ruizhen, DONG Leiming. Metabolome of nematicidal fungus Esteya vermicola in carbon and nitrogen culture[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(6): 1313-1320. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210828 |