中科院之聲 - 研究揭示生物防治真菌病害新機制－鑽石舞台

近年來，隨着氣候變化和耕作制度等改變，禾穀鐮刀菌等引起的小麥赤霉病頻繁爆發.小麥赤霉病及病菌產生的多種真菌毒素威脅我國小麥豐產和食品安全，已被列為我國一類作物病害。赤霉病菌常以其有性態子實體-子囊殼在田間作物秸稈大量繁殖，小麥揚花期間子囊殼成熟後釋放的子囊孢子是病害重要的初侵染源。因此，篩選利用高效生防菌來抑制病菌子囊殼形成，將是綠色防控赤霉病的重要措施之一。

5月26日，浙江大學農業與生物技術學院陳雲研究組與中國科學院遺傳與發育生物學研究所白洋研究組合作，在Nature Microbiology上，在線發表了題為Fusarium fruiting body microbiome member Pantoea agglomerans inhibits fungal pathogenesis by targeting lipid rafts（DOI:10.1038/s41564-022-01131-x）的研究論文。該研究分析了小麥赤霉病菌有性態子實體-子囊殼的附着微生態中種群結構特徵，並在子囊殼微生態中篩選出一批高效生防細菌。研究以「生防細菌-赤霉病菌」為互作模型，闡明了子囊殼來源生防細菌會分泌活性物質靶向病原真菌脂伐結構，抑制病原真菌菌絲生長從而防治病害的機理，揭示了一種「細菌-真菌」跨界互作新機制。該工作為後續利用生防菌劑壓低赤霉病初侵染源，綠色防控赤霉病提供重要支撐。

細菌和真菌是微生態的主要組成部分，對生態系統和宿主健康和功能至關重要。當前，關於動植物等宿主的微生態結構特徵研究較多，但關於真菌組織附着的微生態及微生態中種群間互作的分子機制研究鮮有報道。本研究以小麥赤霉病為對象，開展了真菌組織附着微生態及微生物種群間互作研究。研究在江蘇、安徽兩省麥田採集了大量的子囊殼樣品，進行了子囊殼附着的細菌種群結構分析，明確了子囊殼的微生態種群來源於秸稈。該研究構建了子囊殼來源的可培養微生物組，並結合平板拮抗、室內生測和田間防效篩選到一株高效生防細菌ZJU23。基於生物信息學、遺傳學和生物化學等方法，研究確定了生防菌ZJU23為成團泛菌，鑑定出ZJU23分泌的抑菌活性物質草歐菌素A及其合成基因簇。進一步機理研究揭示，草歐菌素A與細胞膜上組分麥角甾醇結合，破壞病菌脂筏結構和細胞膜完整性，從而抑制病菌生長、致病和毒素合成。重要的是，草歐菌素A具有廣譜的抑菌活性，對重要作物病原真菌和測試的人類致病真菌均有很好的效果，且抑菌效果優於臨床抗真菌藥物氟康唑和兩性黴素，顯示出較好的應用前景。研究報道了病原真菌有性態組織附着的細菌種群結構特徵，揭示了「細菌-真菌」跨界互作新機制，並為研發ZJU23等微生物農藥阻斷初侵染源防控赤霉病奠定了基礎。

奧地利格拉茨理工大學、清華大學、美國夏威夷大學、美國東北大學的科研人員參與研究。研究工作得到浙江省重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項和中科院青年創新促進會等的支持。