Thaxtomin是由疮痂链霉菌(Streptomyces scabies)、酸性疮痂链霉菌(Streptomyces acidiscabies)等植物病原菌产生的天然产物,具有新颖的化学结构和良好的除草活性,是美国环境保护局批准用作农田除草剂的主要活性物质,是一类非常有潜力的新一代生物除草剂.本文主要从thaxtomin结构特点、生物合成及调控机制、衍生物合成等方面,对其研究进展进行了综述,总结讨论了thaxtomin产量提高及衍生物合成的策略,并对thaxtomin的后续研究进行了探讨.

[背景]随着马铃薯种植面积的扩大,疮痂病的发生也日益严重,且化学防治存在环境污染等诸多弊端,因此利用安全和高效的生物防治手段对该病害进行防治成为研究热点.[目的]对疮痂链霉菌(Streptomyces scabies)拮抗菌株进行分离、鉴定和功能基因分析,对抗菌物进行分离及抗菌特性的研究.[方法]从马铃薯疮痂病的病害土壤中分离、筛选并鉴定得到拮抗菌株,采用PCR法对菌株进行抗菌物合成基因检测.通过硫酸铵沉淀法分离得到抗菌物,进行抗菌谱和稳定性检测,并通过盆栽试验进一步验证该菌株的生防效果.[结果]通过抗菌试验筛选得到拮抗细菌BU396,根据形态学、生理生化性质和分子生物学鉴定结果,确定其为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis).功能基因分析表明BU396中含有表面活性素等4种抗菌物的合成相关基因.采用硫酸铵沉淀法对其培养液上清进行分离,当硫酸铵的饱和度为75％时,抗菌物在沉淀中析出.抗菌谱试验结果显示该抗菌物对多种动植物病原菌均具有抗菌效果.稳定性试验表明该抗菌物耐热,不易被酶解,对多种金属离子不敏感,具有宽泛的pH活性范围,盆栽试验结果显示菌株BU396处理能够明显降低马铃薯疮痂病的发病率.[结论]分离并鉴定了一株对疮痂链霉菌具有显著拮抗作用的贝莱斯芽孢杆菌BU396.该菌株含有多种抗菌物合成的相关基因,其抗菌物具有广谱的抗菌活性和良好的稳定性,对马铃薯疮痂病的生防效果显著.本研究为马铃薯疮痂病的生物防治及后续抗菌物质的深入研究奠定了基础.

[背景]近年来,疮痂病在全国马铃薯各主要产区普遍发生,危害呈逐年加重趋势,有效防控手段匮乏,给种植者造成严重的经济损失.利用拮抗微生物抑制病原菌繁殖,降低其危害程度,已成为马铃薯植保领域的研究热点.[目的]筛选对疮痂病原菌具有拮抗作用的菌株,为研制高效复合功能菌剂、有效防控马铃薯疮痂病提供菌种资源.[方法]从疮痂病发生严重的云南昭通马铃薯大田采集近根际土壤,分离、筛选代谢产物具有明显拮抗效果的菌株,通过形态学观察、生理生化特征分析和16S rRNA基因序列测定等方法进行菌种鉴定,并对其代谢产物的稳定性和抑菌效果进行分析.[结果]获得一株拮抗效果明显的细菌YN-2-2,其菌落圆形,淡黄色,边缘整齐、光滑、干燥,中间有凹陷,菌体杆状,大小为(2.51-4.09) μm×(1.09-1.68) μm,革兰氏染色阳性,16S rRNA基因序列与Bacillus thuringiensis ATCC 10792T (ACNF01000156)的相似性达到99.79％.YN-2-2的代谢产物热稳定性较好,pH耐受范围广(3.0-13.0),对蛋白酶K敏感度较低,对疮痂链霉菌的抑菌圈直径最大为22.8 mm.盆栽试验结果表明:浇施100 mL浓度为1×107 CFU/mL的培养液,可显著降低马铃薯微型薯疮痂病病情指数,防效达36.11％.[结论]菌株YN-2-2经鉴定为苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),可以作为高效复合功能菌剂的候选菌株.

[背景]木豆(Cajanus cajan)是一种具有多种药理活性的药用植物,目前对其根际功能放线菌的认识和研究有限,有必要对其应用开发潜力进行研究.[目的]从木豆根际土中筛选一株对植物病原菌和常见病原菌具有广谱拮抗活性的放线菌菌株,鉴定菌株的分类地位、相关代谢产物及可能的生物合成途径,为该菌株的开发应用提供数据支撑.[方法]以7种常见植物病原真菌及8种常见病原菌为指示菌,采用平板对峙法和滤纸片扩散法筛选具有广谱抗菌活性的放线菌菌株,基于形态观察与系统发育分析对该菌株进行分类鉴定,并通过高分辨质谱和超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)对活性菌株的次生代谢产物进行鉴定与验证.采用PCR扩增菌株聚酮合成酶Ⅰ(polyketide synthase,PKS-Ⅰ)和非核糖体多肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)基因,明确其活性代谢产物可能的生物合成途径.[结果]通过抑菌试验筛选得到拮抗放线菌F5,确定其为欧洲疮痂链霉菌(Streptomyces europaeiscabiei),F5菌株基因组中含有编码PKS-Ⅰ和NRPS合成的相关基因,采用高分辨质谱和UPLC-MS/MS从其发酵液中鉴定并确证了格尔德霉素与大黄素两种具有抗菌活性的次生代谢产物.[结论]首次筛选鉴定了一株木豆根际放线菌Streptomyces europaeiscabieiF5,该菌株具有广谱抑菌活性,可代谢产生格尔德霉素和大黄素等活性物质,具有在农业和医药领域的应用潜力,值得进一步研究.

近年来由多种致病链霉菌引起的马铃薯疮痂病在我国普遍流行,且危害程度逐年加重,严重影响块茎的品质和商品价值.病原菌土传和种传,难以防控.利用拮抗微生物抑制病菌生长是目前防控疮痂病的重要措施.[目的]从病薯田土样中定向筛选对马铃薯疮痂病具有显著防效的菌种,研究其拮抗机制,评价其环境适应性,为开发可产业化应用的高效复合功能菌剂提供理论依据.[方法]通过平板对峙及盆栽试验研究目标菌株对主要病原菌疮痂链霉菌Streptomyces scabies的抑制效果;采用形态学、生理生化实验及分子生物学方法,确定其分类地位;结合高效液相色谱质谱联用方法分析相关抑菌活性物质.[结果]获得3株对致病链霉菌S.scabies具有显著拮抗功能的菌株HZ11-4、HS-12、HZ13-1,抑菌圈直径分别为34、29、30 mm,对马铃薯微型薯疮痂病的防效分别为68.57％、57.15％和65.96％.菌体革兰氏染色呈阳性,经鉴定均为解淀粉芽孢杆菌Bacillus amylolique-faciens;3株菌皆可扩增出surfactin、iturin和fengycin等脂肽类物质合成酶相关基因片段,检测到上述脂肽类抗生素的存在,其中,仅surfactin对S.scabies有一定抑制效果,但非主要活性物质.3株菌对茄链格孢菌、尖孢镰刀菌、立枯丝核菌、大丽轮枝菌等多种植物病原菌均具有明显的抑制效果;可耐受pH 5-9、NaCl含量1％-7％的盐碱环境和100℃高温;对氟菌·霜霉威、氟硅唑、吡唑醚菌酯、春雷霉素、中生菌素和甲基硫菌灵等生产上常用的杀菌剂不敏感;具有显著促生长特性.[结论]HZ11-4、HS-12和HZ13-1具有良好的环境适应性和广谱抗病性,均可作为防控马铃薯土传病害功能菌剂的候选菌株.文章首次验证了脂肽类抗生素surfactin、iturin A和fengycin均非抑制S.scabies的主要活性物质.

[背景]近年来,由土传致病链霉菌引起的疮痂病在我国马铃薯产区大面积暴发,严重影响块茎的商品价值,由于缺乏有效防控措施,其危害程度呈逐年加重趋势.然而拮抗菌可有效抑制病原菌的繁殖,其防控效果优异,对环境友好,逐渐引起了人们的关注.[目的]分离筛选对致病链霉菌具有拮抗功能的细菌,鉴定其分类学名,评价其主要生物学特性,为研发高效防病菌剂提供菌种资源.[方法]以疮痂链霉菌为靶向微生物,从马铃薯疮痂病高发土样中筛选拮抗菌株,通过形态学、生理生化和分子生物学试验确定其分类地位;用盆栽试验初步判定其对马铃薯疮痂病的防控效果,研究其广谱抗病性和耐盐碱特性,结合生产中常用化学农药的敏感性测定,综合评价其应用前景.[结果]筛选出一株对致病疮痂链霉菌(Streptomyces scabies)有显著拮抗效果的菌株HD9-1,抑菌圈直径约31 mm,菌落呈圆形、淡黄色,边缘较为整齐,革兰氏染色阳性,菌体杆状,宽度约为0.75μm,长度为1.0-2.5μm.以蔗糖作为唯一碳源,能产生β-半乳糖苷酶、精氨酸双水解酶、赖氨酸脱羧酶和鸟氨酸脱羧酶;培养24 h后代谢产物中含有3.44 mg/L的吲哚乙酸;16S rRNA基因序列与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)RUB聚类到同一分支,确定该菌株为Bacillus subtilis;盆栽试验结果表明,HD9-1对马铃薯微型薯疮痂病的防效达59.15％;菌体可耐受pH 3.0-11.0、NaCl含量1％-11％的盐碱环境和100℃水浴30 min;对中生菌素、苯醚甲环唑、氟菌·霜霉威、春雷霉素、氟硅唑、吡唑醚、嘧菌酯和甲基硫菌灵等常用化学农药不敏感,对大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)等农作物病原菌均具有一定的抑制效果.[结论]菌株HD9-1鉴定为枯草芽孢杆菌,对马铃薯疮痂病防控效果较好,且具有良好的环境适应性,可作为防治马铃薯土传病害的高效复合菌剂的备选菌株.

马铃薯疮痂病(potato scab)是世界范围内广泛存在的土传细菌性病害,难以防治.植物毒素thaxtomins由疮痂病链霉菌(Streptomyces scabies)次级代谢产生,是马铃薯疮痂病的主要致病原因,对马铃薯等作物产业造成严重危害.鉴于疮痂病链霉菌在农业上的重要作用,其中thaxtomins生物合成过程和分子调控得到越来越多的关注,并取得了较好的进展.本文综述了thaxtomins的结构特征、生物合成与异源表达,并重点介绍了疮痂病链霉菌中thaxtomins生物合成的分子调控机制等方面的研究进展,有利于深入认知疮痂病链霉菌次级代谢调控网络,为未来开发新型马铃薯疮痂病的防治策略提供理论指导.