2月12日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院沈其榮院士課題組在《Science Advances》雜志上發(fā)表題為“Turning antagonists into allies: Bacterial-fungal interactions enhance the efficacy of controlling Fusarium wilt disease”的論文，該研究闡明了細(xì)菌與真菌從拮抗到共存的互作模式轉(zhuǎn)變對(duì)防控番茄枯萎病的重要作用機(jī)制。

在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，細(xì)菌和真菌共享微棲息地，形成動(dòng)態(tài)、共同進(jìn)化的群落，影響著植物生長(zhǎng)和健康。其中，細(xì)菌與真菌的相互作用（bacterial-fungal interactions，BFI）扮演著重要角色，是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。然而，這種跨界的相互作用及其轉(zhuǎn)變過(guò)程對(duì)于植物健康的影響尚不清楚。

貝萊斯芽孢桿菌SQR9（Bacillus velezensis SQR9,Bv）和哈茨木霉NJAU4742（Trichoderma guizhouense NJAU4742,Tg）是沈其榮院士團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期研究的兩株有益功能微生物，它們兼具植物促生和防控土傳病害的功能。團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)這兩株有益微生物間存在嚴(yán)重的拮抗作用，這種作用會(huì)大大削弱其聯(lián)合施用過(guò)程中番茄枯萎病的防治效果。為了進(jìn)一步探究BFI轉(zhuǎn)變是否會(huì)影響番茄枯萎病的防治，研究人員通過(guò)正向突變技術(shù)篩選出與Bv能夠共存的Tg突變體Tg-M33。盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)Tg-M33與Bv的組合接種對(duì)番茄枯萎病的防控效果顯著優(yōu)于兩株野生型的組合。

為了探究這種跨界相互作用轉(zhuǎn)變的分子生物學(xué)機(jī)制，研究人員利用共培養(yǎng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序、基因編輯、分子對(duì)接等多項(xiàng)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了Tg中存在一個(gè)關(guān)鍵的bacilysin轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TgMFS4），它在Bv與Tg的跨界對(duì)話(huà)中起著至關(guān)重要的作用。敲除Tgmfs4基因顯著減輕了Bv與Tg之間的拮抗作用，減少了bacilysin進(jìn)入Tg細(xì)胞的量（降低bacilysin對(duì)于Tg的細(xì)胞損害），并提高了共培養(yǎng)環(huán)境中bacilysin的水平。這種增加的bacilysin水平作為一種負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子，限制其在Bv中的過(guò)度生產(chǎn)，節(jié)省了能量成本并轉(zhuǎn)化為Bv的生物量增長(zhǎng)。

圖1 哈茨木霉NJAU4742中TgMFS4蛋白介導(dǎo)bacilysin的轉(zhuǎn)運(yùn)模型

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，與兩株野生型菌株聯(lián)合接種（Tg-wt+Bv）相比，Tgmfs4基因缺失菌株ΔTgmfs4與Bv的聯(lián)合接種（ΔTgmfs4+Bv）后，番茄根際Bv與Tg定殖數(shù)量顯著提高，病原菌豐度顯著降低。此外，ΔTgmfs4+Bv組合接種顯著還改變了番茄根際微生物群落功能，特別是上調(diào)碳水化合物活性酶（CAZymes）家族基因的表達(dá)，這不僅增強(qiáng)了番茄的免疫反應(yīng)，還建立了有效的生物屏障，抑制病原真菌的增殖。

圖2 貝萊斯芽孢桿菌SQR9與哈茨木霉NJAU4742相互作用影響植物健康

本研究不僅為理解土壤跨界微生物之間的相互作用提供了新的視角，也為未來(lái)高效構(gòu)建合成微生物群落提供了新的思路。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文的第一署名單位和通訊單位，鐘山青年研究員李托為論文的第一作者，沈其榮院士和劉東陽(yáng)教授為論文的通訊作者。參與該論文研究的還有沈其榮院士團(tuán)隊(duì)徐志輝教授、Waseem Raza副教授，博士生史曉騰、王拓凱、徐彥，碩士生王甲果、周懿豪。此外，研究得到了國(guó)家自然科學(xué)面上基金、國(guó)家自然科學(xué)青年基金、江蘇省自然科學(xué)青年基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)及國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃的資助。

全文鏈接：doi.org/10.1126/sciadv.ads5089