近日，江苏省农业科学院质量安全所粮油安全与营养创新团队关于镰刀菌毒素生物降解的两项研究成果分别在国际知名学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry （JAFC）与Biological Control上同日发表。
镰刀菌毒素是影响谷物制品安全的主要危害因子之一，目前危害最为严重的镰刀菌毒素是呕吐毒素（DON）与玉米赤霉烯酮（ZEN），每年对我国小麦、玉米等主要粮食作物生产造成极大经济损失与食品安全隐患。生物降解法通过筛选自然界中的微生物，在温和条件下降解真菌毒素，将毒素分子转化为无毒或低毒物质且不会造成营养成分丢失，因此生物降解法被认为是去除真菌毒素的最佳方法。但目前学界对于生物降解具体机制的研究仍然不足，降解途径的模糊性导致安全性评价难以开展，限制了生物降解方法在粮食生产与加工过程中的应用。我院质量安全所粮油安全与营养团队针对此瓶颈问题，分别研究了DON与ZEN毒素生物降解代谢途径与降解机制。
目前已发现的可以独立降解DON毒素的微生物种类较少，并且降解条件较为苛刻，往往需要额外添加辅助因子才能实现生物降解。针对这一问题，粮油安全与营养团队设计了一种由两株土壤微生物Devosia sp. A8与Paracoccus yeei A9组成的人工复合菌群，该菌株可以有效降解DON毒素与衍生物、T-2毒素等单端胞霉烯类真菌毒素，降解产物为3-keto-DON，毒性降低至原型毒素10%以下；同时该人工菌群在25~45 ?C与pH 5.0~10.0的环境条件下均能保持60%以上的降解率，显示出很好的环境适应性。深入研究降解机制后发现该降解主要由Devosia sp. A8完成，Paracoccus yeei A9负责在降解过程中提供电子介体。
针对ZEN的降解菌株资源较为丰富，但是目前已鉴定的降解酶较少，粮油安全与营养团队在前期研究中从土壤中筛选并鉴定了一株ZEN降解菌株气微菌Aeromicrobium sp. HA，通过对该降解菌进行转录组学分析，发现其基因组中存在一种全新的ZEN降解酶ZenH。该酶属于水解酶类，降解活性极高，酶动力学参数米氏常数（Michaelis constant）可达12.64 μM；同时具有很强的环境宽泛性，在55 ?C条件下仍然可以保持降解活性，超过目前已报道的所有ZEN降解酶。通过分子对接与定点突变等手段鉴定该降解酶蛋白质结构中催化位点为S117-D142-H292；对降解产物的鉴定结果表明ZenH降解过程中产生一类全新的降解中间产物。
相关研究成果可为后续真菌毒素脱毒制剂的开发提供了理论基础，具有良好的应用前景。
团队首席徐剑宏研究员为两篇论文的通讯作者，刘馨研究员与王刚副研究员分别为JAFC与Biological Control论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金，江苏省农业科技自主创新项目及国家农产品安全风险评估等项目资助。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.2c06410
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1049964423000257
日期：2023-02-17
