沈其荣院士团队解密根际有益菌VOCs消减土壤青枯菌生物障碍的生存-致病权衡机制...

1月13日，微生物生态学国际权威期刊《The ISME Journal》在线发表我院沈其荣院士团队最新研究成果《Bacterial volatile organic compounds attenuate pathogen virulence via evolutionary trade-offs》。该研究通过实验进化、生理生化检测、比较基因组分析等手段，揭示了根际有益菌T-5挥发性有机物（VOCs）致弱土传青枯菌毒力的生存与致病权衡机制，为土壤生物障碍的消减提供新的策略。

由土传病原菌引起的生物障碍制约土壤生物健康与产能提升。为应对复杂多变的土壤环境与阻控手段，病原菌进化出权衡策略(Trade-offs)，时刻调整其生存与致病相关特征，已经成为土壤生物障碍消减策略构建与提升的重大挑战。越来越多证据表明，根际有益菌产生的VOCs既能直接抑制病原菌的增殖，又能弱化病原菌毒力，在土壤生物障碍消减方面具有重要潜力，已成为微生物生态学领域的热点前沿问题。然而，根际有益菌VOCs阻控土传病原菌的作用机制尚不清楚，解析根际有益菌VOCs调控病原菌生存-致病权衡机制，有利于有益菌VOCs的开发与利用。

LorMe实验室前期从健康番茄根际分离获得一株根际有益菌解淀粉芽孢杆菌T-5，发现T-5产生的VOCs在弱化青枯菌毒力、消减土壤青枯菌生物障碍方面发挥重要作用，但其生态进化机制仍不清楚。为此，采用实验进化的方法，探究了青枯菌在VOCs不同胁迫强度下，历经约500代后的适应性进化特征。发现，进化后青枯菌的生存与致病相关行为发生剧烈改变。其中高强度的VOCs长期胁迫增加了青枯菌运动性以及对5种拮抗型VOCs和3种抗生素的抗性等生存能力，减弱了青枯菌群游运动、生物膜形成能力、胞外多糖分泌等致病能力，丧失了对敏感番茄的毒性。比较基因组学分析，发现青枯菌在高浓度VOCs胁迫下多个基因发生重要突变，包括编码糖基转移酶wecA基因的错义突变和IV型菌毛组装蛋白pilM基因的移码突变。利用基因敲除与点突变回补实验证实，wecA与pilM的适应性突变改变了青枯菌的抗生素抗性与毒力。该研究从适应性进化的角度揭示有益菌VOCs弱化土传病原菌毒力的作用机制，为利用病原菌生存与致病权衡的弱点、建立土壤生物障碍的生态阻控策略提供理论基础与技术指导。

该研究得到国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金优秀青年项目和中央高校基本业务费等项目的资助。我院博士生王佳宁、Waseem Raza副教授、江高飞副研究员为共同第一作者，Waseem Raza副教授、客座教授Ville-Petri Friman和韦中教授为共同通讯作者。沈其荣院士和徐阳春教授等参与指导了该项研究。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41396-023-01356-6

编辑：韦利娜

校对：江高飞

审校：全思懋

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