镰刀菌子实体微生物组中成团泛菌通过靶向脂筏抑制真菌发病

Fusarium fruiting body microbiome member Pantoea agglomerans inhibits fungal pathogenesis by targeting lipid rafts

Nature Microbiology    [IF:17.745]

出版时间：2022年5月26日 23点

DOI：https://doi.org/10.1038/s41564-022-01131-x

Nature主页：https://www.nature.com/articles/s41564-022-01131-x

第一作者：Sunde Xu(徐孙德)¹、Yong-Xin Liu(刘永鑫)^2,、Tomislav Cernava³

通讯作者：Yunlong Yu(虞云龙)¹(ylyu@zju.edu.cn)、Yang Bai(白洋)²(ybai@genetics.ac.cn)、Yun Chen(陈云)¹(chenyun0927@zju.edu.cn)

其他作者：Hongkai Wang, Yaqi Zhou, Tie Xia, Shugeng Cao, Gabriele Berg, Xing-Xing Shen, Ziyue Wen, Chunshun Li, Baoyuan Qu, Hefei Ruan, Yunrong Chai, Xueping Zhou, Zhonghua Ma, Yan Shi

研究单位

1. 浙江大学农业与生物技术学院(Department of Plant Protection, Zhejiang University)

2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所，植物基因组学国家重点实验室 (State Key Laboratory of Plant Genomics, Institute of Genetics and Developmental Biology,  Chinese Academy of Sciences, Beijing, China)

3. 奥地利格拉茨技术大学(Graz University of Technology, Graz, Austria)

摘要

植物病原真菌在其整个生命周期中与其相关的细菌微生物群形成密切的相互作用。然而，关于与真菌子实体（子囊壳）相关的细菌群落的结构、功能和相互作用机制知之甚少。禾谷镰刀菌是导致谷物赤霉病的主要病原真菌，本文研究了由禾谷镰刀菌形成子囊壳的细菌微生物组。在从 13 个地点收集的 65 个子囊壳样本的微生物组中，共鉴定出 111 个共有细菌类群。同时采用培养组学方法建立了子囊壳的细菌资源库。互作实验筛选到113株对禾谷镰刀菌具有拮抗活性，其中成团泛菌 ZJU23 在减少真菌生长和侵染方面表现最佳。ZJU23分泌的关键抗真菌化合物为Herbicolin A。通过遗传和化学方法鉴定了该化合物的生物合成基因簇。Herbicolin A 在体外和植物体内对各种真菌病原体和杀菌剂抗性菌株显示出很好的效果，并通过直接结合和破坏含有麦角甾醇的脂筏发挥真菌特异性作用机制。此外，与临床使用的杀菌剂两性霉素 B 和氟康唑相比，herbicolin A 对人类机会性真菌病原体烟曲霉和白色念珠菌表现出更高的抑菌活性。其独特的作用机制和良好的效果，使herbicolin A 成为一种有前途的抗真菌药物，可在农业和临床中对抗破坏性真菌病原体。

主要结果

图 1 | 子囊壳细菌微生物组的群落结构

Fig. 1 | Assessment of perithecium-associated bacterial communities.

图 2 | 分离和鉴定禾谷镰孢菌的拮抗菌ZJU23

Fig. 2 | Isolation and identification of the F. graminearum antagonist ZJU23.

图 3 | ZJU23通过Herbicolin A化合物实现抗真菌

Fig. 3 | Herbicolin A is the major antifungal compound produced by ZJU23.

图 4 | 麦角甾醇的生物合成与真菌对Herbicolin A的敏感性有关

Fig. 4 | Ergosterol biosynthesis is involved in the fungal susceptibility to Herbicolin A.

图 5 | Herbicolin A与麦角甾醇相互作用并靶向真菌脂筏

Fig. 5 | Herbicolin A interacts with ergosterol and targets fungal lipid rafts.

图 6 | Herbicolin A具有广谱抗真菌活性

Fig. 6 | HA exhibits broad-spectrum antifungal activity.

通讯作者简介

陈云

陈云博士，教授，博士生导师，浙江大学农业与生物技术学院副院长。主要研究方向为镰刀菌致病机制、微生物种间互作机理和真菌病害综合防控研究（以生物防治为主）。近5年已主持国家自然科学基金优青、面上、浙江省自然科学基金杰出青年项目等项目，以第一作者或通讯作者在Nature Microbiology、Nature Communications、Microbiome、Nucleic Acids Research、Annual Review of Phytopathology、New Phytologist、PLoS Pathogens、mBio、Environmental Microbiology、Molecular Microbiology等微生物和植物病理学领域高质量杂志发表论文40余篇，论文被引2200余次。授权发明专利13项，其中第一发明人7项。

2012年获美国植物病理学会年会会议旅行津贴奖，并受邀主持当年生物防治研究进展分会场。博士论文获2014年江苏省百篇优秀博士论文。2016年获浙江省自然科学基金杰出青年项目资助；2017年入选中国科协“青年人才托举工程”、入选第三批浙江大学 “农业生命环境学部优秀人才培育计划”；2019年获中国植物病理学会“青年植物病理学家奖”、2019年获国家自然科学基金优秀青年项目资助；2020年获中国农学会青年科技奖；2021年入选农业农村部农业杰出人才培养计划。2021年研提的“如何高效利用农业微生物种质资源？”提案入选中国科协2021年十大工程技术难题，撰写的政策建议得到两位中央领导重要批示，农业农村部领导高度重视。

个人主页：https://person.zju.edu.cn/chenyun_0927

白洋

白洋，博士，研究员，博士生导师。2005年毕业于武汉大学，2007年获得武汉大学植物发育生物学硕士学位，2010年在德国科隆大学获得植物发育生物学博士学位，2011—2015年博士后期间在德国马克斯普朗克植物育种研究所进行植物根系微生物组学的研究。2016年 5月至今，任中科院遗传与发育生物学所研究员。目前主要研究根系微生物组在植物抗病抗逆、营养高效等过程中的功能。

研究内容：自然界中，健康植物的根系和叶面都富集的大量且组成特异的微生物群体。这些微生物与植物之间达到一种稳定的平衡，并参与植物的多项生理过程。实验室结合高通量微生物培养，宏基因组数据分析和微生物菌群重组等技术，系统地研究根系微生物群体在植物抗病，营养吸收，生长发育等过程中的功能和分子机理。

个人主页：http://sourcedb.genetics.cas.cn/zw/zjrck/201603/t20160314_4549299.html

虞云龙

虞云龙，教授，博士生导师，浙江大学农药与环境毒理研究所。2004年入选浙江省“151人才工程”第二层次，2005年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。主要从事农药残留分析、农药生态毒理、农药残留与农产品安全、生态风险评价及其生物修复、农药污染生态化学方面等研究，先后主持国家自然科学基金7项、国家重点研发项目课题1项、863课题3项、973子课题2项、国家科技支撑计划课题2项、浙江省自然科学基金重点项目2项、浙江省自然科学基金面上项目2项、浙江省科技厅重点项目1项、环保部公益性科研专项1项、中-意合作项目1项、教育部博士点基金2项，参与国家自然科学基金重点项目等多项，在Environmental Science & Technology、Science of Total Environment、J of Agriculture and Food Chemistry、Chemosphere、Environmental Pollution、Journal of Hazardous Materials、Biodegradation、微生物学报、环境科学学报、土壤学报等刊物发表论文127篇，其中SCI收录81篇，H指数=22,获6项国家发明专利、国家科技进步二等奖1项（排名第三）、教育部科技进步一等奖1项（排名第四）。

个人主页：https://person.zju.edu.cn/ylyu/

Reference

Sunde Xu, Yong-Xin Liu, Tomislav Cernava, Hongkai Wang, Yaqi Zhou, Tie Xia, Shugeng Cao, Gabriele Berg, Xing-Xing Shen, Ziyue Wen, Chunshun Li, Baoyuan Qu, Hefei Ruan, Yunrong Chai, Xueping Zhou, Zhonghua Ma, Yan Shi, Yunlong Yu, Yang Bai, Yun Chen. 2022. Fusarium fruiting body microbiome member Pantoea agglomerans inhibits fungal pathogenesis by targeting lipid rafts. Nature Microbiology https://doi.org/10.1038/s41564-022-01131-x

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