IF=5.2|南京农业大学叶可萍教授:鲜猪肉中介导莓实假单胞菌与恶臭假单胞菌协同腐败的关键基因发掘与功能验证

肉类富含脂质、蛋白质等营养且水分活度高，易滋生腐败菌，其中特定腐败菌（SSOs）通过代谢活动主导肉类腐败，造成大量经济损失与食物浪费；假单胞菌因嗜冷、能大量产脂酶和蛋白酶，还具备高效的葡萄糖利用、铁载体产生等竞争优势，成为有氧条件下冷藏肉中的优势腐败菌，其包含莓实假单胞菌、恶臭假单胞菌等多种在肉类冷藏中起关键作用的菌种，不过现有研究多关注其单一代谢活动与腐败作用，却忽视了假单胞菌种间相互作用引发的协同腐败现象。微生物间的拮抗、互利等相互作用会影响肉类腐败特征，目前已有研究发现假单胞菌与短杆菌属、发光杆菌属等其他属菌种的相互作用对肉类腐败有重要影响，也可通过转录组分析发现微生物相互作用会显著改变基因表达，还能利用基因敲除验证假单胞菌的腐败相关基因，但假单胞菌种间共存时的相互作用分子机制，以及驱动其协同腐败的特定遗传决定因素，仍缺乏深入研究。而研究团队前期探究了不同假单胞菌组合对冷藏猪肉的协同腐败潜力，发现莓实假单胞菌与恶臭假单胞菌共培养会产生协同效应加速肉类腐败，但其背后的分子作用基础尚未明确，这也成为本研究开展的关键契机。

1. 鉴定出介导两株假单胞菌协同腐败的核心关键基因

通过转录组分析发现，莓实假单胞菌中编码 I 型分泌系统碱性蛋白酶分泌蛋白的 aprE 基因、恶臭假单胞菌中负责 II 型分泌系统蛋白质转运的 secY 基因，是介导二者在鲜猪肉中产生协同腐败效应的核心关键基因；二者共培养时会触发向蛋白水解型营养利用的协同代谢转变，表现为氨基酸转运和分泌相关基因的显著上调。

2. 敲除 aprE 或 secY 基因对菌株单培养生长无显著影响

体外生长曲线实验结果显示，莓实假单胞菌 ΔaprE、恶臭假单胞菌 ΔsecY 与各自的野生型菌株相比，在最大生物量、最大比生长速率、延滞期等生长动力学参数上均无显著差异，说明这两个基因的缺失不会影响菌株自身的单独生长特性。

3. 敲除 aprE 或 secY 基因显著降低菌株的蛋白水解能力

体外猪肉汁琼脂降解实验表明，莓实假单胞菌 ΔaprE、恶臭假单胞菌 ΔsecY 的蛋白水解圈直径均显著小于其野生型菌株；同时含任一敲除株的共培养体系，其蛋白水解圈直径也远低于野生型菌株共培养组，证明 aprE 和 secY 基因的缺失会损害菌株的蛋白水解能力，且该效应在单培养和共培养体系中均存在。

4. 敲除 aprE 或 secY 基因显著抑制猪肉中腐败相关指标的积累

在冷藏猪肉的原位实验中，敲除 aprE 或 secY 基因后，对应菌株的氨产量、可溶性肽含量均显著降低；野生型菌株共培养组在贮藏第 4 天，猪肉中的总挥发性盐基氮（TVB-N）即超过肉类腐败阈值，而含任一敲除株的共培养组 TVB-N 积累速率显著放缓，直至贮藏第 7 天才接近腐败阈值，且为所有接种组中 TVB-N 积累量最低的组别。

5. aprE 和 secY 基因的缺失会破坏假单胞菌种间协同作用并消除协同腐败效应

含 aprE 或 secY 敲除株的共培养体系出现明显的延滞期延长，在猪肉贮藏前期，菌体数量也显著低于野生型菌株共培养组；这表明 aprE 和 secY 基因的缺失不仅降低了菌株自身的腐败能力，更破坏了假单胞菌群落间的细胞间信号传导及协同代谢相互作用，直接消除了莓实假单胞菌与恶臭假单胞菌之间的协同腐败效应。

6. 证实功能性分泌系统是假单胞菌种间协同腐败的必要条件

本研究发现 aprE、secY 基因分别关联假单胞菌的 I 型、II 型分泌系统，二者的缺失会直接导致菌株协同腐败能力丧失，证明功能性的分泌系统是假单胞菌种间产生协同腐败活性的必要条件，也揭示了分泌系统与微生物种间合作在肉类腐败过程中的紧密关联。

7. 为冷藏肉制品防腐防控提供新靶点与理论依据

本研究阐明了假单胞菌在肉类腐败过程中的种间协同分子机制，明确了 aprE 和 secY 这两个分泌相关基因为防控冷藏肉制品中假单胞菌相关腐败的潜在分子靶点，为肉类工业开发针对性的防腐保鲜策略提供了全新的理论视角和实验依据。

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