植保所植物细菌创新团队2021年在生防溶杆菌研究方面取得重要进展

发布时间：2021-11-11 09:10浏览次数：次

溶杆菌 (Lysobacter) 属于黄单胞科，γ-变形菌门，广泛存在于各种自然环境中，是一类尚未完全开发的重要植物病害生防细菌。这类细菌不仅可以分泌胞外水解酶，而且能产生结构多样的抗菌次级代谢物质，是新型微生物代谢产物农药（农用抗生素）活性成分的重要来源。然而，野生型菌株中抗菌活性物质的产量往往很低，成为其产业化开发的主要限制因素。基于合成调控机制研究的菌株遗传改良和发酵工艺优化是目前提高抗菌物质产量的两个最有效的手段。江苏省农科院植保所植物细菌创新团队长期致力于生防溶杆菌的开发与应用研究，开展了HSAF、Myxin、WAP、ATB等多种抗菌活性物质的分离鉴定、合成途径及其调控机制研究，以及发酵优化和产品开发应用等方面的工作。2021年在抗菌物质合成调控机制、外排机制研究以及发酵提纯工艺优化等方面取得重要进展，发表（接收）SCI论文8篇。具体进展如下：

1、建立了生防溶杆菌资源库，比较研究了4个代表种，即产酶溶杆菌OH11、抗生素溶杆菌OH13、胶状溶杆菌OH17、变棕溶杆菌OH21的生理生化特性、系统进化和抗菌谱等，评价了它们生防潜力。相关研究结果以“Characterization of Lysobacter spp. strains and their potential use as biocontrol agents against pear anthracnose”为题发表在Microbiological Research（IF5.415）期刊上。

2、Myxin是从抗生素溶杆菌OH13中分离鉴定出的一个具有广谱抗细菌活性的吩嗪类次级代谢产物。研究发现一个RND（resistance-nodulation-division）外排泵LexABC参与myxin的外排，同时lexABC的表达受到myxin的诱导与转录调控因子LexR的正向调控。研究结果以“Resistance-nodulation-division efflux pump, LexABC, contributes to self-resistance of the phenazine di-N-oxide natural product myxin in Lysobacter antibioticus”为题发表在Frontiers in Microbiology（IF5.64）期刊上。此外，研究发现myxin生物合成基因簇中的单加氧酶LaPhzX可使myxin失活，缺失后可增加myxin产量并延迟myxin的降解。相关研究结果以“Monooxygenase LaPhzX is involved in self-resistance mechanisms during the biosynthesis of N-oxide phenazine myxin”为题发表在Journal of Agricultural and　Food Chemistry（5.729）期刊上。这些研究成果为通过遗传改良获得myxin高产工程菌株奠定了理论基础。

图1 LaPhzX负责myxin的解毒

3、HSAF是从产酶溶杆菌OH11中分离鉴定出的一种对植物病原真菌和卵菌具有广谱拮抗活性的大环内酰胺类次级代谢产物。2021年，围绕细菌第二信使c-di-GMP对HSAF的合成调控，团队取得两项进展。一是揭示了c-di-GMP降解酶RpfG不依赖于自身酶活性，而是通过与三个杂合双组份蛋白HtsH1、HtsH2、HtsH3直接相互作用调节HSAF的生物合成。相关研究结果以“The predatory soil bacterium Lysobacter reprograms quorum sensing system to regulate antifungal antibiotic production in a cyclic-di-GMP independent manner”为题发表在Communications Biology（IF6.268）期刊上。二是鉴定了一个c-di-GMP合成酶LchD，完善了c-di-GMP特异性调控HSAF生物合成的信号通路。相关研究结果以“Diguanylate cyclase and phosphodiesterase interact to maintain the specificity of c-di-GMP signaling in the regulation of antibiotic synthesis in Lysobacter enzymogenes”为题被Applied and Environmental Microbiology期刊接受发表。

图2 RpfG与杂合双组份HtsH123调控HSAF生物合成模式图

图3 LchD与LchP物理互作

4、发酵提纯工艺优化是提高代谢产物产量的另外一条途径。研究并筛选到对产酶溶杆菌发酵液中HSAF和ATB具有较高吸附性能的非极性树脂NKA，明确了NKA对目标产物的吸附规律及机制，建立了一套基于NKA树脂的简单、高效、经济的分离纯化工艺，使HSAF产品纯度提高到31.07%（3.58倍），ATB产品纯度提高到57.35%（4.51倍）。相关研究结果分别以 “Separation of heat-stable antifungal factor from Lysobacter enzymogenes fermentation broth via photodegradation and macroporous resin adsorption”和 “Efficient direct preparation of antifungal alteramide B from Lysobacter enzymogenes fermentation broth by macroporous resin adsorption”为题分别发表于Frontiers in Microbiology（IF5.64）和Bioresource Technology（IF9.642）期刊上。

5、研究发现HSAF能够与铁离子鳌和，减少活性氧自由基的产生，从而提高了产酶溶杆菌在环境中抵御高浓度铁离子、过氧化氢和紫外辐射的能力，增强了其在氧化压力下的生存能力。相关研究结果以“An antifungal polycyclic tetramate macrolactam, heat-stable antifungal factor (HSAF), is a novel oxidative stress modulator in Lysobacter enzymogenes”为题发表在Applied and Environmental Microbiology（IF4.792）期刊上。