来自葡萄根际的五株杆菌菌株的比较基因组学与生物防治潜力

这对葡萄酒爱好者和种植者为何重要

全球的葡萄园正受到灰霉病的威胁，这种破坏性真菌会摧毁产量并破坏葡萄酒的风味、颜色和香气。目前，这种病害主要靠合成杀菌剂控制，但这些药剂可能在葡萄园和酒瓶中留下残留。本研究探讨了一种更环保的替代方案：来自阿根廷葡萄园土壤的天然细菌，可能在保护葡萄免受病害的同时减少化学物质进入酒杯。

环绕根部的隐秘群落

葡萄并非孤立生长。其根部被一个活跃的地下微生物群落包围，这些微生物以根系分泌物为食，反过来能帮助植物抵御胁迫和病害。研究人员此前就从该根区分离出五株杆菌（Bacillus），这类耐受性强的产孢细菌已被用于一些环保型作物处理。在实验室测试中，所有五株均能抑制若干重要真菌性病原体，包括引起灰霉病的灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea），但其确切身份及作用机制仍不清楚。

区分友好与值得警惕的菌株

为弄清所分离的菌株，研究团队测序了每株杆菌的完整DNA并将基因组与参考数据库比对。两株命名为 AMCV2 和 FAU18 的菌株清楚地归入枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）群体，该物种被普遍认为安全并已作为生物防治剂使用。其余三株则聚类于蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）家族内，该家族既包含有用的生物农药，也包括可导致食物中毒和其它疾病的细菌。由于该家族内部界限模糊，作者结合多种分类方法和显微检查，最终将这三株归为严格意义上的蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus sensu stricto）——该群体携带典型的腹泻毒素基因，因此需要谨慎对待。

葡萄园细菌制造的天然武器

基因组数据还揭示了这些细菌可能用来抗真菌的化学工具。所有五株均携带可指导次级代谢产物合成的基因簇——这些特殊分子并非维持基本生存所必需，但在竞争和防御中至关重要。在被认为安全的枯草芽孢杆菌对中，AMCV2 和 FAU18 带有完整且高度保守的两个环状脂肽（fengycin 与 surfactin）基因簇。这类类似皂剂的分子已知能打破真菌膜并扰乱生物膜。相比之下，蜡样芽孢杆菌株表现出强大的合成铁载体（siderophore）的遗传潜力——这类化合物能从环境中夺取铁——但关于强效抗真菌脂肽的基因仅有不完整的线索。

检验细菌防御的实际效力

为了验证这些预测是否转化为实际活性，团队从每株菌的培养物中分离出脂肽并将其应用于生长有灰霉病的平板上。只有 AMCV2 和 FAU18 的提取物在菌丝前进处形成了清晰且持久的抑制圈；在相同条件下，蜡样芽孢杆菌株未表现出可见的抑制。当科学家深入观察真菌生命周期的最早阶段——孢子萌发时，发现来自枯草芽孢杆菌的脂肽几乎完全阻止了灰霉孢子的萌发，而对照处理中的孢子则正常萌发。将两株枯草芽孢杆菌的提取物合用并未进一步增强效果，但也未削弱，表明各自单独已具有很高的效力。

迈向更清洁的葡萄园病害防控

通过将DNA分析与实验室测试相结合，本研究细化了哪些葡萄园细菌既有效又更可能安全地作为活体杀菌剂使用。关键结果是两株来自阿根廷葡萄根的枯草芽孢杆菌能产生强效抗真菌脂肽，阻止灰霉孢子萌发，为在不依赖大量化学喷洒的情况下保护葡萄提供了有希望的工具。相比之下，蜡样芽孢杆菌株尽管能产生夺取铁的化合物，但表现出较少的直接抗真菌活性并携带提高安全风险的遗传特征。综合来看，研究结果将 AMCV2 和 FAU18 指向作为下一代基于杆菌的生物杀菌剂的有力候选者，能够支持更加可持续且无残留的葡萄栽培。

引用: Lajoinie, D.M., Rocco Welsh, R., Rey, C. et al. Comparative genomics and biocontrol potential of five Bacillus strains isolated from grapevine rhizosphere. Sci Rep 16, 10819 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44555-9

关键词: 葡萄生物防治, 枯草芽孢杆菌, 灰霉病, 生物杀菌剂, 可持续葡萄栽培