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宏基因组项目文章 | Food Chemistry-葡萄表面微真核生物群落与香气特征的研究

葡萄酒的经济和文化价值受不同的地理位置影响,通常被认为是“风土”。本研究结合宏基因组学和扫描电镜技术,研究了冻融胁迫和葡萄状态的关系,探索了维达尔白葡萄表面微真核菌群,并推测其拥有与香气相关的生态系统功能。同时讨论了环境因子(温度、湿度等)对葡萄表面微真核生物群落的影响。

 

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文章标题:Freeze thaw Cycles Characterize Varietal Aroma of Vidal Blanc Grape dur ing Late Harvest by Shaping Self-assembled Microeukaryotic Communities 

标题译名:冻融循环通过塑造自组装的微真核群落来表征维达尔白葡萄晚收时的品种香气

发表期刊:Food Chemistry (IF:7.514/Q1)

发表时间:2022.02.22 

贝纳提供的组学服务:宏基因组测序及分析

 

研究策略

 

(1) 取11个浆果阶段的葡萄样本

(2) 测定葡萄浆果的理化参数及抗氧化活性

(3)使用SEM观察葡萄皮表面形态

(4)使用HS-SPME和GC-MS提取、检测游离和糖苷结合的VOCs

(5)宏基因组测序和生物信息学分析

 

主要研究结果

 

1、晚收的维达尔白葡萄中游离萜烯和苯丙氨酸衍生物的演变

聚类热图显示大多数游离萜烯在晚收期(11月至采收)高度相关,而少数游离萜与葡萄成熟期(9-10月)高度相关。PCA分析结果表明,晚收期和成熟期葡萄的品种香气(VOC的总维度)不同。聚类分析前20个重要VOCs与不同采收期的相关性,筛选出β-cymene、2-phenyl-1-ethanol作为维达尔白葡萄的特征VOCs。

 

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图1. 晚收期维达尔白葡萄中游离萜烯和苯丙氨酸衍生物的变化

 

2、晚收期维达尔白葡萄中游离和糖苷结合的萜以及苯丙氨酸衍生物的比较

在晚收期如α-terpineol等的单萜有大量浓度损失,在成熟过程中释放。在整个成熟期和晚收期hotrienol等以游离形式持续释放。成熟阶段合成了糖苷结合的geranyl acetone,之后游离的geranyl acetone显著增加,而糖苷结合形式完全水解。Nerol oxide等浓度显著增加可能由真菌代谢引起,与酵母对两种VOC的生物转化高度相关。

 

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图2. 采收后期游离和与糖苷结合的萜以及苯丙氨酸衍生物的动态变化

 

3、冻融诱导晚熟葡萄表面的微真核生物群落变化

随着冻融循环次数的增加,葡萄表皮出现微裂缝,增加了营养物质的可用性,也适于氧化型和发酵型子囊菌群落生长。NCM分析表明随机过程对微真核生物群落的形成起着重要作用。MST评估表明随机性在收获后期的微真核生物群落聚集中占主导地位,冻融循环抑制了葡萄表面微真核生物的丰富度和多样性。

 

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图3. 群落组装的中立社区模型的拟合

 

4、微真核生物群落的物种多样性及其与品种香气的相关性

采收期显示出更高的群落丰富度和均匀度。选取丰度前20的微真核生物,大多被归为子囊菌门、灰葡萄孢霉和叶枯病菌,并在不同采收阶段分布广泛。Spearman相关性分析表明,灰葡萄孢霉与许多萜类化合物呈负相关,而子囊菌门大部分种类与萜类化合物及苯丙氨酸衍生物呈显著正相关。

 

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图4. (A)自组装微真核生物群落的α-多样性。(B)微真核生物的OTU丰度与收获期的相关程度分析。(C)40种微真核生物与测定的游离萜类和苯丙氨酸衍生物之间的相关性

 

 

5、富集分析及生物标志物的选择

相对表达蛋白主要集中在采收期的开始阶段,在晚收期的富集程度较低,成熟期最低。通过火山图选择差异表达和CAZy涉及的基因,鉴定出最具特征的20种微生物、18种细菌和2种酵母。在晚收期真菌的多物种相互作用严重,并确定了参与CAZy的前20个显著上调的基因。

 

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图5. (A)晚收期相对表达蛋白的空间分布。(B)晚收期附生微生物基因型的空间分布。(C)晚收期的特征微生物品种。(D)晚收期上调的相关蛋白。(E)晚收期微生物物种中上调的CAZy相关基因。

 

6、CAZy途径及高CAZy表达酵母菌群的相关性分析

通过高表达的前25个基因与活性前25个酵母株筛选出Zygosaccharomyces rouxii、Lachancea thermotolerans等作为酵母组合的重要因子。特别是Zymoseptoria tritici、Kluyveromyces lactis等与高表达GT/ GHs相关基因具很强的相关性。且GT/ GHs相关基因的表达在开花后第110天增加,在开花后第125天左右达到最高水平。

 

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图6. (A)CAZy分类的百分比饼图。(B)排名前20的GO差异途径。(C)GTs / GHs高表达相关基因与活性酵母株的相关矩阵。

 

 

全文总结

 

该研究探索了维达尔白葡萄在晚收期和成熟期的品种香气差异,发现特征性的VOCs与微真核生物多样性存在相关性;对塑造微真核生物群落的随机过程进行量化;鉴定了附生微生物CAZy的重要途径;建立了高表达GTs / GHs与活性酵母的相关矩阵,系统阐释了融胁迫和葡萄状态的关系、表面微真核菌群及其拥有与香气相关的生态系统功能。

 

参考文献

Kai Chen., et al. Freeze thaw Cycles Characterize Varietal Aroma of Vidal Blanc Grape dur ing Late Harvest by Shaping Self-assembled Microeukaryotic Communities. Food Chemistry, 2022. DOI : 10.1016/j.foodchem.2022.132553.

 

 

 

 

 

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