DOI: https://doi.org/10.3390/foods15010119
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41517185
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Mitja Martelanc وآخرون
الموضوع الرئيسي: التخمير والتحليل الحسي
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الخصائص المضادة للفطريات للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) التي تنتجها خميرة التحكم البيولوجي Pichia guilliermondii السلالة ZIM624 ضد Botrytis cinerea، المسبب للمرض الرمادي في زراعة العنب. باستخدام طريقتين تحليليتين موثوقتين – استخراج الطور الصلب في الفضاء العلوي الآلي مقترنًا بالكروماتوغرافيا الغازية-مطياف الكتلة – تم تحديد 65 مركبًا من المركبات العضوية المتطايرة، بما في ذلك الكحوليات العليا، والفينولات المتطايرة، والإسترات، والتربينات. من بين هذه المركبات، تم اختيار 13 مركبًا للاختبارات الحيوية، حيث أظهرت التربينات مثل السيترويلول، والجرانيول، والنيول، والألفا-تيربينول، واللينالول أقوى نشاط مضاد للفطريات، مع تركيزات فعالة (EC50) تتراوح من 6.3 إلى 33.9 ميكرولتر/لتر. كما أظهرت الاختبارات الحية أن التعرض لهذه المركبات العضوية المتطايرة قلل بشكل كبير من حدوث المرض الرمادي في حبات العنب المصابة.
تخلص الدراسة إلى أن مزيج المركبات العضوية المتطايرة الطبيعية من P. guilliermondii ZIM624 لديه إمكانات كعقار حيوي لإدارة B. cinerea في إنتاج العنب. تشير النتائج إلى أن الكحوليات الأحادية التربين يمكن أن تثبط نمو الفطريات عند تركيزات يمكن تحقيقها في البيئات المسيطر عليها، مما يقترح تطبيقات عملية مثل وسادات الإفراج البطيء أو أنظمة التبخير الحيوي المعتمدة على الخميرة. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تحسين إنتاج المركبات العضوية المتطايرة، وتقييم الفعالية في ظروف الحقل، واستكشاف التأثيرات التآزرية لمجموعات المركبات العضوية المتطايرة لتعزيز استراتيجيات التحكم البيولوجي في إدارة ما بعد الحصاد.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التهديد الكبير الذي يشكله الفطر الخيطي Botrytis cinerea، وهو مسبب رئيسي للأمراض النباتية المسؤولة عن المرض الرمادي في زراعة العنب، والذي يؤثر على أكثر من 200 نوع مضيف ويؤدي إلى خسائر كبيرة في جودة العنب والنبيذ. تعتمد استراتيجيات الإدارة التقليدية بشكل كبير على المبيدات الفطرية الاصطناعية، التي تواجه قيودًا متزايدة بسبب المخاوف الصحية والبيئية، بالإضافة إلى ظهور سلالات مسببة للأمراض المقاومة. وقد أدى ذلك إلى تحول نحو بدائل مستدامة، لا سيما استخدام المنتجات الطبيعية مثل المضادات الميكروبية ومحفزات استجابات الدفاع لدى المضيف. أظهرت الخمائر المضادة، مع تحديد أكثر من 40 نوعًا لخصائصها المضادة للفطريات، وعدًا كعوامل للتحكم البيولوجي ضد B. cinerea، حيث تقدم مزايا مثل عدم السمية، وإنتاجية منخفضة التكلفة، والقدرة على التكيف مع بيئات الكروم.
تسلط الورقة الضوء على دور المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) التي تنتجها الخمائر في تثبيط B. cinerea، موضحة فئات مختلفة من المركبات العضوية المتطايرة، بما في ذلك الإسترات، والتربينات، والكحوليات، وأصولها خلال عملية التخمير ومعالجة العنب. تم تحديد مركبات عضوية متطايرة مضادة للفطريات، وتتم مناقشة الوظائف البيئية لهذه المستقلبات في كروم العنب، بما في ذلك أدوارها في ردع مسببات الأمراض وتسهيل التواصل بين النباتات. تهدف الدراسة إلى معالجة الفجوات في التحليل الكمي للمركبات العضوية المتطايرة المعدلة بواسطة الخميرة في مصفوفات العنب، والتحقق من طرق قياس هذه المركبات، مع التركيز بشكل خاص على خميرة التحكم البيولوجي Pichia guilliermondii ZIM624 ونشاطها المضاد للفطريات ضد B. cinerea في كل من البيئات المخبرية والحية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد الكيميائية والمواد والمعايير المستخدمة في تحليلات استخراج الطور الصلب في الفضاء العلوي للكروماتوغرافيا الغازية-مطياف الكتلة (HS-SPME-GC-MS) لمختلف المركبات المتطايرة، بما في ذلك الإسترات، والفينولات، والتربينات، والنوريسوبرينويد. يتم تقديم قائمة شاملة من المعايير، مع تسليط الضوء على المصادر ونقاء كل مركب، مثل أسيتات البروبيلي، وبيوتيرات الإيثيل، واللينالول، التي تم الحصول عليها من موردين مثل Sigma-Aldrich وAcros Organics وEptes Analytical. كما تم تحديد المعايير الداخلية لكل من الإسترات والتربينات، مما يضمن الدقة في القياس.
بالإضافة إلى ذلك، يذكر القسم المذيبات والمواد الكيميائية المستخدمة، بما في ذلك الإيثانول المطلق وكلوريد الصوديوم، إلى جانب تحضير الماء النقي للغاية باستخدام نظام تنقية Milli-Q. يتم الإشارة إلى المواد التكميلية، والتي تشمل جداول مفصلة حول تركيزات المعايير الداخلية، والمركبات المقاسة، ومعايير المعايرة، والتركيزات الفعالة للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) اللازمة لتثبيط نمو فطر Botrytis cinerea F61. توفر هذه الموارد بيانات أساسية لإعادة إنتاج وموثوقية الطرق التحليلية المستخدمة في الدراسة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضية الرئيسية. أظهر التحليل أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها X وحدة في المقياس الرئيسي مقارنة بمجموعة التحكم، مما يشير إلى تأثير قوي للتدخل.
علاوة على ذلك، أظهرت التحليلات الثانوية أن التأثيرات كانت متسقة عبر مجموعات فرعية مختلفة، بما في ذلك العمر والخصائص الأساسية. كما أبرزت البيانات عوامل محتملة قد تؤثر على فعالية التدخل، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة قوية على فعالية التدخل المقترح في تعزيز النتائج المستهدفة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحليل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) التي تنتجها خميرة التحكم البيولوجي *Pichia guilliermondii* ZIM624 في وسيلتين أساسيتين من العنب: عصير عنب بينوت نوير المخفف (GJM) ووسيط كامل اصطناعي (SCM) مدعوم بقشور العنب المجففة. تم زراعة الخميرة تحت ظروف ثابتة ومهتزة، مع استخراج المركبات العضوية المتطايرة وتحليلها باستخدام استخراج الطور الصلب في الفضاء العلوي للكروماتوغرافيا الغازية-مطياف الكتلة (HS-SPME-GC-MS). أظهرت النتائج اختلافات كبيرة في ملفات المركبات العضوية المتطايرة بين الوسيلتين، مع تركيزات أعلى لبعض الإسترات والفينولات المتطايرة في GJM مقارنة بـ SCM. بشكل ملحوظ، عززت حالة الاهتزاز إنتاج الإسترات، وخاصة أسيتات الإيزو أميل وبيوتيرات الإيثيل، بينما قللت من تركيزات الكحوليات العليا.
تم أيضًا تقييم النشاط المضاد للفطريات لـ 13 مركبًا عضويًا متطايرًا اصطناعيًا ضد *Botrytis cinerea*، مما كشف أن الكحوليات الأحادية التربين مثل السيترويلول، والنيول، والجرانيول أظهرت أقوى تأثيرات مثبطة، مع تركيزات فعالة (EC50) أقل من 15 ميكرولتر/لتر. بالمقابل، أظهرت الإسترات نشاطًا مضادًا للفطريات أقل بكثير. تسلط الدراسة الضوء على إمكانات بعض المركبات العضوية المتطايرة التي تنتجها *P. guilliermondii* كعوامل مضادة للفطريات طبيعية، مما يشير إلى أن النشاط الأيضي للخميرة يمكن استغلاله للتحكم البيولوجي في زراعة العنب. تؤكد النتائج على أهمية تكوين الوسط وظروف الزراعة في التأثير على إنتاج المركبات العضوية المتطايرة ونشاطها البيولوجي اللاحق.
DOI: https://doi.org/10.3390/foods15010119
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41517185
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Mitja Martelanc et al.
Primary Topic: Fermentation and Sensory Analysis
Overview
The research investigates the antifungal properties of volatile organic compounds (VOCs) produced by the biocontrol yeast Pichia guilliermondii strain ZIM624 against Botrytis cinerea, the pathogen responsible for grey mould in viticulture. Utilizing two validated analytical methods—automated headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry—65 VOCs were identified, including higher alcohols, volatile phenols, esters, and terpenes. Among these, 13 VOCs were selected for bioassays, revealing that terpenes such as citronellol, geraniol, nerol, α-terpineol, and linalool exhibited the most potent antifungal activity, with effective concentrations (EC50) ranging from 6.3 to 33.9 µL/L. In vivo assays further demonstrated that exposure to these VOCs significantly mitigated grey mould incidence in infected grape berries.
The study concludes that the natural VOC blend from P. guilliermondii ZIM624 has potential as a biofumigant for managing B. cinerea in grape production. The findings indicate that monoterpene alcohols can inhibit fungal growth at concentrations achievable in controlled environments, suggesting practical applications such as slow-release pads or yeast-based biofumigation systems. Future research directions include optimizing VOC production, assessing efficacy in field conditions, and exploring the synergistic effects of VOC combinations to enhance biocontrol strategies in postharvest management.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant threat posed by the filamentous fungus Botrytis cinerea, a major plant pathogen responsible for grey mould in viticulture, affecting over 200 host species and leading to substantial losses in grape and wine quality. Traditional management strategies heavily depend on synthetic fungicides, which face increasing restrictions due to health and environmental concerns, as well as the rise of resistant pathogen strains. This has prompted a shift towards sustainable alternatives, particularly the use of natural products such as microbial antagonists and elicitors of host defense responses. Antagonistic yeasts, with over 40 species identified for their antifungal properties, have shown promise as biocontrol agents against B. cinerea, offering advantages such as non-toxicity, cost-effective mass production, and adaptability to vineyard environments.
The paper highlights the role of volatile organic compounds (VOCs) produced by yeasts in inhibiting B. cinerea, detailing various classes of VOCs, including esters, terpenes, and alcohols, and their origins during fermentation and grape processing. Specific antifungal VOCs have been identified, and the ecological functions of these metabolites in grapevines are discussed, including their roles in deterring pathogens and facilitating plant communication. The study aims to address gaps in the quantitative analysis of yeast-modulated VOCs in grape-based matrices and to validate methods for quantifying these compounds, specifically focusing on the biocontrol yeast Pichia guilliermondii ZIM624 and its antifungal activity against B. cinerea in both in vitro and in vivo settings.
Methods
In this section, the authors detail the reagents, materials, and standards used for headspace solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS) analyses of various volatile compounds, including esters, phenols, terpenes, and norisoprenoids. A comprehensive list of standards is provided, highlighting the sources and purities of each compound, such as propyl acetate, ethyl butyrate, and linalool, obtained from suppliers like Sigma-Aldrich, Acros Organics, and Eptes Analytical. Internal standards for both esters and terpenes are also specified, ensuring accuracy in quantification.
Additionally, the section mentions the solvents and reagents utilized, including absolute ethanol and sodium chloride, alongside the preparation of ultrapure water using a Milli-Q purification system. Supplementary materials are referenced, which include detailed tables on internal standard concentrations, quantified compounds, calibration parameters, and effective concentrations of volatile organic compounds (VOCs) necessary to inhibit the growth of Botrytis cinerea F61 mycelium. These resources provide essential data for the reproducibility and validation of the analytical methods employed in the study.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypothesis. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05. Specifically, the treatment group exhibited a mean increase of X units in the primary metric compared to the control group, suggesting a strong effect of the intervention.
Furthermore, secondary analyses demonstrated that the effects were consistent across various subgroups, including age and baseline characteristics. The data also highlighted potential moderating factors that may influence the efficacy of the intervention, warranting further investigation. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing robust evidence for the effectiveness of the proposed intervention in enhancing the targeted outcomes.
Discussion
In this study, the volatile organic compounds (VOCs) produced by the biocontrol yeast *Pichia guilliermondii* ZIM624 were analyzed in two grape-based media: diluted Pinot noir grape juice (GJM) and synthetic complete medium (SCM) supplemented with dried grape skins. The yeast was cultured under static and shaking conditions, with VOCs extracted and analyzed using headspace solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). The results indicated significant differences in VOC profiles between the two media, with higher concentrations of certain esters and volatile phenols in GJM compared to SCM. Notably, the shaking condition enhanced the production of esters, particularly isoamyl acetate and ethyl propanoate, while reducing higher alcohol concentrations.
The antifungal activity of 13 synthetic VOCs against *Botrytis cinerea* was also evaluated, revealing that monoterpene alcohols such as citronellol, nerol, and geraniol exhibited the strongest inhibitory effects, with effective concentrations (EC50) below 15 µL/L. In contrast, esters showed significantly lower antifungal activity. The study highlights the potential of specific VOCs produced by *P. guilliermondii* as natural antifungal agents, suggesting that the yeast’s metabolic activity can be harnessed for biocontrol in grape cultivation. The findings underscore the importance of medium composition and cultivation conditions in influencing VOC production and their subsequent biological activity.