基于生物测定引导的基因组挖掘方法开发，用于从假单胞菌中发现抗真菌天然产物

为何小麦种植者应当关注

小麦是全球重要的主食作物，但单一的叶部病害就可能毁掉近一半产量。在英国及许多国家，一种名为 Zymoseptoria tritici 的真菌引起 Septoria 叶斑病，该病已对大多数现有杀真菌剂产生抗性，并不断克服小麦的遗传抗性。本研究探索另一条防御路线：招募天然产生抗真菌化合物的有益土壤细菌，并利用现代基因学手段发现哪些隐含分子可以抑制这一破坏性的小麦病害。

在土壤中寻找友好微生物

研究人员从小麦根系分离出一个包含 534 个假单胞菌菌株的大型菌库开始。这些细菌是土壤和根际群落的常见成员，已知包含可以保护植物的菌株。为确定哪些菌株能抑制小麦病原真菌，团队设计了一个简单的平板测试：在琼脂上铺一层致密的真菌孢子菌膜，然后点种不同的细菌菌株。如果某菌分泌出对真菌有害的物质，菌落周围会形成一圈透明的抑制带，显示真菌无法在该处生长。通过这项高通量筛查，他们找到了 52 个在体外明显抑制真菌的细菌分离株。

衡量真菌与细菌冲突的强度

接着，团队不仅想知道细菌是否能阻止真菌，还想了解抑制强度以及不同真菌菌株是否有不同反应。他们挑选了 5 个强烈拮抗和 6 个非拮抗的假单胞菌分离株，并将它们分别与来自欧洲各地收集的 12 个遗传多样的真菌分离株进行对抗试验。通过细致测量每个细菌菌落周围透明区的半径，结果显示这五个拮抗菌能抑制所有真菌分离株的生长，而非拮抗菌从未产生抑制带。重要的是，透明区的大小在不同真菌基因型之间存在显著差异，这表明小麦病原真菌的天然种群在对细菌攻击的敏感性上存在变异。

解读细菌基因组以寻找抗真菌化学物质

为了弄清哪些细菌基因和分子导致了这种抑制，研究人员对 11 个测试过的假单胞菌菌株进行了基因组测序。他们使用专业软件扫描每个基因组以寻找生物合成基因簇——这些 DNA 片段编码合成复杂次级代谢产物（如抗生素）所需的酶。分析预测出 131 个此类基因簇，并基于序列相似性将其分组成家族，同时与已知天然产物基因的参考数据库进行比对。若干基因簇家族仅出现在拮抗菌株中，使其成为产生抗真菌化合物的主要候选者。其中一个关键家族与已知合成 2,4-二乙酰邻苯二酚（2,4-DAPG）的基因相匹配，2,4-DAPG 是一种有研究基础的抗真菌分子。

证明单一分子在抑制真菌中的作用

一个名为 Roth82 的显著菌株带有该 2,4-DAPG 基因簇并表现出强烈的抑菌活性。为检验 2,4-DAPG 是否确实负责抑制作用，团队敲除了基因簇中的核心基因 phlD，该基因对构建该分子的核心结构必不可少。突变株失去了在真菌菌膜上产生可见抑制带的能力。对菌落周围琼脂进行液相色谱—质谱（LC–MS）化学分析证实，野生型菌株产生 2,4-DAPG，而突变株不产生。基因破坏、化合物丧失与抗真菌活性丧失之间的这种紧密关联验证了他们将生物测定与基因组挖掘相结合的策略。

对未来作物保护的意义

这项研究表明，与小麦根系相关的土壤细菌能产生强效的抗真菌化合物，且一个简单的平板测定结合基因组分析可以揭示哪些基因和分子负责这些活性。研究也强调了小麦病原体本身在易感性方面存在差异，暗示了田间真菌与细菌之间的军备竞赛。尽管这些测试在实验室条件下进行，未必能直接等同于田间叶片上的表现，但这一方法为发现和优先筛选天然抗真菌产物提供了强有力的途径。从长远看，这类分子或产生它们的细菌可为在传统杀真菌剂失效时保护小麦和其他作物的工具箱提供多样化选择。

引用: Lund, G., Mosquito, S., Withall, D.M. et al. Development of a bioassay-guided genome mining approach for antifungal natural product discovery from pseudomonads. Sci Rep 16, 15990 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48020-5

关键词: 小麦病害, 土壤细菌, 天然抗真菌物质, 假单胞菌, Septoria 叶斑病