炭疽病由炭疽菌属引起，是全球最紧迫的植物病害之一，具有强破坏性、分布广、感染范围大等特点。化学杀菌剂仍是当前防治炭疽病的主要手段，但滥用导致病原体抗药性、环境污染和食品安全等问题。植物是天然抗真菌物质的宝库，开发植物源杀菌剂具有选择性强、对非目标生物相对安全、环保等优势。

2024年11月烟台先进材料与绿色制造山东省实验室杨军丽研究员团队在Postharvest Biology and Technology杂志上发表题为“Gypenoside GP5 effectively controls Colletotrichum gloeosporioides, an anthracnose fungus, by activating autophagy”文章。研究利用DIA蛋白质组学技术，揭示了绞股蓝皂苷GP5通过激活自噬机制有效控制炭疽菌的机理，为防治炭疽病提供了新的思路。拜谱生物为该研究提供了DIA蛋白组学技术服务。

中文标题：绞股蓝皂苷GP5通过激活自噬有效控制炭疽病真菌Colletotrichum gloeosporioides

期刊：Postharvest Biology and Technology

2024年影响因子：6.4

发表时间：2024年11月

客户单位：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室

研究材料：绞股蓝皂苷GP5处理后的炭疽病真菌C. gloeosporioides

拜谱提供技术：DIA蛋白组学

研究思路：

研究结果

GP5对炭疽菌的抑制作用

通过 菌丝生长速率法测定化合物GP4-GP7对菌丝生长的抑制作用，结果显示GP4-GP7的EC50值分别为96.98、27.5、38.48和61.59 mg/L。其中，GP5表现出最强的抑制效果，在12.5 mg/L浓度下，其抑制效果显著优于其他化合物。当GP5浓度为25 mg/L时，对炭疽菌的抑制率接近50%。此外，GP5的抗真菌活性超过了常用的化学农药百菌清和植物源农药苦参碱（图1）。

图1 GP5及其结构相似性化合物对球孢梭菌菌丝生长的影响

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

通过显微镜观察，发现在GP5浓度为EC50时，孢子萌发受到明显抑制；而在400 mg/L浓度下，孢子完全不萌发。培养8小时后，GP5处理组的孢子萌发率显著低于对照组。在400 mg/L浓度下，孢子芽管长度仅为11.11 μm，而对照组的芽管长度已达到92.70 μm。这表明GP5能够有效抑制炭疽菌孢子的萌发和芽管伸长（图2）。

图2 用EC50和400mg/L浓度处理GP5后的孢子萌发和芽管长度

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

研究发现，GP5能够有效抑制苹果、葡萄和番茄上的炭疽病斑扩展。当GP5浓度达到500 mg/L时，苹果、葡萄和番茄的炭疽病发病率显著降低。在1000 mg/L浓度下，GP5对苹果、葡萄和番茄的炭疽病都有显著抑制作用（图3）。

图3 GP5可抑制球孢梭菌对收获果实的毒力

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

GP5处理后炭疽菌菌体变化情况

通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察，发现GP5处理后的炭疽菌菌丝部分脱水，细胞壁结构发生变化（图4）。在400 mg/L浓度下，GP5处理的菌丝细胞壁粘附增强。TEM观察显示，GP5处理后，细胞内的线粒体结构变得模糊，线粒体嵴断裂，细胞器结构难以辨认，并且出现了自噬体和自溶酶体。这些结果表明，GP5通过诱导自噬导致细胞死亡，从而发挥抗菌作用。

图4 GP5处理后的电镜观察

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

通过荧光显微镜观察，发现GP5处理后的炭疽菌细胞中出现大量红色荧光，表明存在大量的酸性囊泡结构，如自噬体和溶酶体（图5）。这与之前的TEM观察结果一致，证实了GP5诱导的自噬现象。此外，GP5处理后，细胞内钙离子（Ca2+）浓度升高，进一步激活自噬系统。

图5 GP5治疗后的AO染色

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

通过JC-1染色法检测线粒体膜电位，发现GP5处理后，线粒体膜电位显著下降。随着GP5浓度的增加，红色荧光逐渐减弱，绿色荧光逐渐增强，表明GP5能够诱导线粒体膜损伤，破坏线粒体功能，进而触发线粒体自噬（图6）。

图6 细胞内Ca2+浓度和线粒体膜电位变化

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

蛋白组学分析

通过DIA蛋白质组学技术，发现GP5处理后，炭疽菌中有271个蛋白质表达发生显著变化，其中214个上调，57个下调（图7）。GO功能分析显示，差异表达蛋白主要参与代谢过程和细胞过程。KEGG通路分析显示，差异表达蛋白主要富集在有机物质代谢、细胞氮化合物代谢和基因表达等途径。特别是，自噬相关蛋白Atg8的表达上调，进一步证实了GP5通过自噬途径发挥抗真菌作用。

图7 蛋白质组学结果

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

文章小结

研究发现绞股蓝皂苷GP5能够有效抑制炭疽菌的生长和致病性。通过体外实验，GP5显著抑制了炭疽菌菌丝的生长和孢子萌发，其效果优于常用的化学农药氯噻酮和植物源农药苦参碱。进一步的电镜观察和蛋白组学分析显示，GP5通过激活自噬途径，诱导细胞内自噬体和自溶酶体的形成，从而导致炭疽菌细胞死亡。

图8 GP5对抗C. gloeosporioides的抗真菌机制。

（图源：Y. Liu, et al., POSTHARVEST BIOL TEC., 2024）

拜谱小结

研究采用DIA蛋白组学，揭示了绞股蓝皂苷GP5通过激活自噬机制有效控制炭疽菌的机理。这一发现不仅为防治炭疽病提供了新的思路，还展示了DIA蛋白组学在植物病理学研究中的强大应用潜力。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，率先引进赛默飞最新一代质谱仪Astral，并且专家团队总结多年DIA蛋白组项目经验，结合Astral质谱仪高稳定性、高灵敏度、高通量、高深度的特性对样品制备、分离技术、算法软件、实验设计全流程进行多维迭代更新，助力蛋白组学检测。此外，拜谱生物还提供转录组学、翻译后修饰组、代谢组学以及多组学联合产品技术服务，欢迎致电咨询！

参考文献：

Liu Y, Li X, Gong C, et al. Gypenoside GP5 effectively controls Colletotrichum gloeosporioides, an anthracnose fungus, by activating autophagy[J]. Postharvest Biology and Technology, 2025, 220: 113305.