丙酸有效抑制 Xcc CQ13 生长
研究人员测试了不同丙酸酯对柑橘溃疡病菌 Xcc 的抑制作用，发现铵丙酸（AP）抑制程度最高，钠丙酸（SP）和钾丙酸（PP）也有明显抑制效果。通过测量抑制中浓度（EC50），进一步量化了丙酸对 Xcc CQ13 生长的抑制作用，AP 的 EC50值最低，仅为 1.47 mM。时间推移显微镜分析显示，丙酸延长了 Xcc CQ13 细胞首次分裂的时间，降低了指数生长期的伸长速率。同时，研究发现丙酸不是 Xcc CQ13 的首选碳源，其抗菌活性优先于作为碳源的作用。此外，丙酸对不同细菌的抑制效果存在差异，它能有效抑制 Pectobacterium brasiliense SX309 的生长，但对 E. coli DH5α 无明显抑制作用。
丙酸对柑橘溃疡病防治效果显著
为评估丙酸对柑橘溃疡病的防治效果，研究人员进行了喷雾接种实验。将 Xcc 细胞接种到葡萄柚叶片上，用 SP 处理后，与未处理的对照相比，植株的疾病指数显著降低，发病率也明显下降。在预防实验中，接种病原菌前喷施 SP，叶片上的症状明显减少，病斑数量显著降低。钾丙酸和铵丙酸对柑橘溃疡病的防治效果与 SP 相当，甚至更好，且在 30 天内未观察到丙酸处理对植物产生任何药害。
丙酸可被土壤微生物高效降解
铜基杀菌剂的使用会导致重金属在土壤中积累，对土壤和人类健康造成风险。研究人员采集广东河源柑橘园的土壤样本，研究丙酸在土壤中的稳定性。结果显示，在未灭菌土壤中，50 mM 的钠丙酸（SP）在 30 天内约有 99% 被降解，而在灭菌土壤中仅降解了 5%，且降解过程中未检测到转化为其他短链脂肪酸。通过 16S rRNA 序列分析，发现丙酸处理未显著改变土壤微生物的整体多样性，但使一些细菌门的丰度发生变化，如 Chloroflexi、Actinobacteria、Acidobacteria 和 Planctomycetes 的丰度增加，这些细菌门可能与丙酸的降解有关。进一步分析发现，一些特定的细菌群落，如 Candidatus Koribacter、Haliangiaceae 家族的成员以及一些 Actinobacteria 属，在丙酸处理后显著富集。
转录组分析揭示丙酸对细胞过程的多效性影响
虽然丙酸作为柑橘溃疡病防治剂有诸多优势，但其在 Xanthomonas 中的抗菌机制尚不清楚。研究人员对用 0.5 mM 和 50 mM 钠丙酸处理的野生型 CQ13 进行转录组分析。主成分分析（PCA）显示不同样本组聚类明显，转录变化可靠且一致。RNA 测序鉴定出的差异表达基因（DEGs）经 qPCR 验证，0.5 mM 钠丙酸处理下有 58 个 DEGs（40 个上调，18 个下调），50 mM 钠丙酸处理下有 1434 个 DEGs（522 个上调，912 个下调），表明细胞对丙酸的反应呈浓度依赖性。KEGG 通路富集分析表明，0.5 mM 钠丙酸处理下，DEGs 显著富集在丙酸代谢等 6 条代谢途径；50 mM 钠丙酸处理下，与核糖体、双组分系统、鞭毛组装和细菌趋化性相关的途径被富集。其中，多个下调基因参与细胞呼吸的最终阶段氧化磷酸化，实验证实 50 mM SP 处理显著降低了细菌的膜电位，PP 和 AP 降低膜电位的作用更强。此外，与运动性和 III 型分泌系统（T3SS）相关的基因也下调，导致细菌游动能力和 T3SS 基因表达受到抑制。
丙酸通过酸化细胞质和耗尽细胞内 ATP 诱导细菌休眠状态
SP 处理导致的膜电位受损可能是由于破坏了细胞内外的质子梯度，即质子动力（PMF）。丙酸可扩散进入细菌细胞质并电离形成丙酸，同时阳离子被 Na+/K+转运体或外排泵排出，导致细胞质酸化，影响蛋白质折叠和酶活性。用细胞可渗透的 pH 敏感染料 BCECF-AM 测量发现，在丙酸存在下，Xcc CQ13 细胞的细胞质缓冲速度明显减慢，AP 处理的细胞缓冲速度最慢。细胞质酸化和膜电位功能障碍可能导致细胞内 ATP 合成不稳定和不足，实验证实丙酸处理后细胞内 ATP 水平降低了 50%。低细胞内 ATP 水平是细菌细胞休眠的主要驱动因素，研究发现 Xcc 细胞在丙酸处理后生长恢复，但 AP 处理的细胞存活率较低，其效果与典型的抑菌抗生素壮观霉素相当。在酸性应激实验中，细胞在酸性培养基中生长停滞，但恢复情况与丙酸处理相似，且在酸性培养基中生长的细胞与丙酸处理的细胞有 9 个 DEGs 表达变化相似，表明丙酸通过质子化酸化细胞质、耗尽细胞内 ATP，诱导 Xcc 进入休眠状态。
PrpC 在 prp 操纵子中对调节 Xcc CQ13 对丙酸的敏感性和代谢起关键作用
为进一步研究 Xcc 细胞对丙酸应激的反应，研究人员筛选了 Tn5 突变体库，分离出对丙酸敏感性增加的突变体，发现 Tn5 插入位点位于 prpC 基因编码区，该基因是 prp 操纵子的一部分，负责调节丙酸代谢。与其他细菌相比，Xcc 缺乏 PrpE 和 AckA/Pta 介导的丙酰辅酶 A 途径。通过构建 prpB、prpC 和 acnD 的缺失突变体，发现 prpC 突变体在含 0.5 mM SP 的培养基中对数期生长显著延迟，且无法利用 SP 作为唯一碳源生长，而 prpB 和 acnD 突变体无明显差异。此外，prpC 突变体的细胞内 pH 值较低，pH 缓冲能力较弱，细胞内 ATP 水平显著降低，表明 PrpC 是丙酸代谢上游反应的关键酶，其缺失会导致丙酰辅酶 A 积累，抑制细菌生长。
PrpR 是负向调节 prp 基因簇的转录抑制因子
在 prpB 上游发现的 prpR 基因，可能是 prp 操纵子的同源调节因子。qPCR 结果显示，prpR 突变体中 prpB 的表达水平显著高于野生型和互补菌株，表明 PrpR 负向调节 prpB 的表达，这与之前在 Salmonella enterica 和 Mycobacterium tuberculosis 中 PrpR 作为转录激活因子的报道相反。构建的报告系统显示，prpR 突变体中由 prp 启动子驱动的 mCherry 蛋白表达水平显著高于野生型，且丙酸能诱导野生型和 prpR 突变体中 mCherry 蛋白的表达，说明 prp 操纵子的诱导表达依赖丙酸，但并非仅由 PrpR 调节。凝胶迁移实验表明，PrpR 特异性结合 prpB 的上游序列，进一步将 prpB 启动子序列分段分析，发现 PrpR 结合在 prpB 启动子的前 49 bp，其中的回文序列（GTTGCAA-N2-TTGCAAC）对 PrpR 结合至关重要。研究还发现，测试的三种配体（2 - 甲基柠檬酸、2 - 甲基柠檬酸和钠丙酸）均未影响 PrpR 与探针的结合，表明 PrpR 可能对丙酸反应不敏感或受未知机制调节。
研究展望
本研究表明丙酸可作为柑橘溃疡病的可降解防治剂，通过酸化细胞质、耗尽细胞内 ATP 抑制 Xcc 生长，且能被土壤微生物降解，具有成本效益高、安全性好等优点，还可与其他杀菌剂联用或作为肥料。不同类型丙酸的抗菌效果存在差异，可能与阳离子有关。此外，PrpR 在 Xcc 中作为转录抑制因子的作用与以往报道不同，Xcc 对丙酸的反应机制可能有别于其他细菌，后续还需进一步研究 prp 操纵子的诱导机制及是否有其他辅助因子参与调节。
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