解析鏈霉菌（Streptomyces rhizosphaerihabitans）對由Colletotrichum truncatum引起的采后炭疽病的生物防治效果及其作用機制
《Postharvest Biology and Technology》：Unraveling the biocontrol efficacy and underlying mechanism of
Streptomyces rhizosphaerihabitans against postharvest anthracnose caused by
Colletotrichum truncatum
編輯推薦：
尖孢鐮刀菌生物防治新資源Streptomyces rhizosphaerihabitans 14–3通過抑制菌絲生長（62%-89%）、阻斷孢子萌發(fā)及誘導孢子裂解，有效控制大豆炭疽病，其代謝產物如真菌素和斐濟霉素發(fā)揮關鍵作用。
作者：石牛牛、羅增紅、田后軍、張楠、高杰黃、林艷婷、鄭學芳、李本進、杜欣欣
單位：福建省農業(yè)科學院植物保護研究所，福建省農作物病蟲害監(jiān)測與綜合治理重點實驗室，中國福州350013
摘要
由Colletotrichum truncatum引起的炭疽病是一種對全球多種作物具有重大經(jīng)濟影響的病害。然而，過度依賴化學殺菌劑導致了抗性病原體的出現(xiàn)，并引發(fā)了食品安全問題。利用放線菌作為生物控制劑提供了一種有前景的可持續(xù)替代方案。在本研究中，從井岡山土壤中分離出的一種新型Streptomyces菌株14–3對野生型和抗性突變體的C. truncatum表現(xiàn)出強烈的抗真菌活性。根據(jù)其形態(tài)學和生化特征以及16S rRNA系統(tǒng)發(fā)育分析，該菌株被鑒定為S. rhizosphaerihabitans。其提取物在20 mg L?1濃度下可抑制62%至89%的菌絲生長，完全抑制孢子萌發(fā)，甚至誘導孢子裂解。實驗表明，200 mg L?1濃度的提取物處理可降低大豆炭疽病的發(fā)生率，效果與100 mg L?1濃度的difenoconazole相當。顯微鏡觀察顯示，提取物對菌絲和孢子造成了嚴重的形態(tài)和超微結構損傷，包括皺縮、破壞和質壁分離。這伴隨著膜完整性的受損（通過PI染色證實），以及細胞壁功能的障礙（表現(xiàn)為幾丁質積累異常和細胞壁完整性途徑的激活）。通過antiSMASH技術在菌株14–3的基因組中鑒定出編碼潛在生物活性代謝物的生物合成基因簇。利用LC-QTOF/MS技術從提取物中獲得了14種化合物，其中fungichromin和filipin是主要抗真菌成分。總體而言，這些發(fā)現(xiàn)突顯了菌株14–3在炭疽病生物控制和可持續(xù)農業(yè)中減輕殺菌劑抗性方面的雙重潛力。
引言
Colletotrichum Corda屬是一種具有廣泛宿主范圍的植物病原真菌，對全球作物造成巨大經(jīng)濟損失（Diao等人，2017年）。由于其廣泛的經(jīng)濟和農業(yè)影響，它被列為全球第八大重要植物病原體（Dean等人，2012年）。Colletotrichum truncatum是該屬的典型物種，已知可感染460多種作物，尤其是在采前和采后階段影響水果和蔬菜（Huang等人，2013年）。這種病原體的特點是繁殖速度快、產孢能力強、潛伏感染以及能夠引發(fā)反復感染循環(huán)。這些特性共同增加了其產生抗性的風險，給農業(yè)病害管理帶來了巨大挑戰(zhàn)（Shi等人，2023年）。在缺乏抗性品種的情況下，廣泛使用 carbendazim、difenoconazole 和 pyraclostrobin 等化學殺菌劑來控制水果和蔬菜的炭疽病，以確保農業(yè)產量。不幸的是，這些化學物質的密集和廣泛使用引發(fā)了一系列問題，包括抗性病原體的出現(xiàn)、負面環(huán)境影響和食品安全問題（Wang等人，2020年；Wu等人，2019年；Zhong等人，2021年）。一個典型的例子是C. truncatum，它已經(jīng)對多種殺菌劑產生了抗性，包括 carbendazim、azoxystrobin、penthiopyrad 和 difenoconazole（Poti等人，2023年）。因此，迫切需要開發(fā)可持續(xù)且有效的替代方法來管理Colletotrichum屬引起的感染。
由于生物控制策略在環(huán)境兼容性、高效性和低抗性選擇壓力方面的顯著優(yōu)勢，它們一直受到持續(xù)關注并不斷得到發(fā)展。因此，將生物殺菌劑和生物活性分子與化學殺菌劑結合用于病害管理已成為一種趨勢（Wang等人，2021年）。許多有益微生物，包括Bacillus、Pseudomonas、Streptomyces 和 Trichoderma屬的物種，已被證明是對植物病原體有效的生物控制劑（Leal等人，2023年；Sun等人，2025年；Zeng等人，2024年；Zhang等人，2018年）。除了直接與植物病原體競爭養(yǎng)分和生態(tài)位外，這些微生物還能產生多種生物活性化合物和鐵載體，某些菌株還能在宿主植物中誘導系統(tǒng)抗性（Boukaew等人，2024年；Kimotho等人，2024年；Wang等人，2021年；Yang等人，2023年）。
Streptomyces屬是放線菌中的一個重要類群，是微生物領域中最廣泛和生物學上最重要的分類群之一（Komaki，2023年）。這些細菌廣泛分布于自然環(huán)境中，如土壤、海洋沉積物和植物中。自從青霉素和鏈霉素的發(fā)現(xiàn)以來，Streptomyces因產生具有廣泛應用價值的強效生物活性化合物而受到廣泛關注（He等人，2019年）。值得注意的是，越來越多的證據(jù)表明，大約70%的天然微生物產物來自這一屬，突顯了其在生物控制、促進植物生長和可持續(xù)農業(yè)方面的巨大潛力。例如，從S. lavendulae var. Hainanensis中分離出的Zhongshengmycin被廣泛用于控制細菌性葉枯病、獼猴桃病和水稻葉斑病（Ren等人，2021年）。從S. natalensis中純化的natamycin被制成注冊生物殺菌劑BioSpectra? 100SC，專門用于防治水果和蔬菜的采后灰霉病（He等人，2019年）。由S. kasugaensis產生的kasugamycin被廣泛用于控制由真菌病原體Magnaporthe oryzae引起的水稻稻瘟病（Zhang等人，2022年）。最近，從S. hygroscopicus中提取的guvermactin被發(fā)現(xiàn)具有促進生長和抗菌活性（Zhang等人，2024年）。盡管取得了這些進展，但目前僅有初步證據(jù)支持Streptomyces對Colletotrichum屬的潛在效果，針對C. truncatum及其抗性菌株的研究很少（Li等人，2021年；Zhou等人，2022年）。鑒于Colletotrichum屬內的種間和種內多樣性，這一研究空白尤為重要，因為這可能顯著影響控制效果（Shi等人，2023年）。
在這項研究中，從井岡山土壤中分離并篩選出一種對C. truncatum具有強抗真菌活性的菌株14–3。隨后通過形態(tài)學和生化特征以及16S rRNA測序對該菌株進行了鑒定。使用菌絲生長速率法評估了來自菌株14–3的九種粗提物的抑制活性。為了進一步研究作用機制，在處理后檢測了野生型敏感菌株和抗性突變體（包括DMI、QoI和QiI類型）的C. truncatum的菌絲生長和分生孢子萌發(fā)情況。通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察了真菌菌絲和孢子的形態(tài)和超微結構變化。同時，評估了提取物對C. truncatum關鍵細胞成分的影響，包括細胞壁中的幾丁質合成和細胞膜通透性。此外，還通過實驗測試了提取物抑制大豆莢果炭疽病進展的效果。最后，通過全基因組測序和LC-QTOF/MS分析鑒定了主要活性化合物。
樣本采集和放線菌分離
從中國江西省井岡山（E114°13'，N26°63'）深度約5–20厘米的土壤中采集了土壤樣本。然后將土壤樣本放入塑料袋中，暫時儲存在-4 ℃下。根據(jù)Williams等人（1983年）描述的程序，使用添加了50 mg L?1 nystatin和50 mg L?1 rifampicin的Gause’s No.1培養(yǎng)基分離放線菌。培養(yǎng)板在30 °C下培養(yǎng)7–10天。
放線菌分離和拮抗菌株篩選
從井岡山土壤中分離出73株具有不同形態(tài)特征的放線菌。其中，菌株14–3對C. truncatum Ct2–3表現(xiàn)出強烈的拮抗活性，抑菌圈為13.00毫米。該菌株已存入廣東省微生物保藏中心，編號為GDMCC No. 63693。
菌株14–3在所有五種測試培養(yǎng)基上生長良好，未產生可溶性色素（表S1）。其氣生菌絲...
討論
Colletotrichum truncatum是一種毀滅性的真菌病原體，會導致多種作物的炭疽病，造成巨大的經(jīng)濟損失（Dias等人，2019年）。傳統(tǒng)上依賴化學殺菌劑來控制這種病害不僅導致了抗性菌株的出現(xiàn)，還引發(fā)了食品安全和環(huán)境影響的問題（Chechi等人，2019年；Jurick Ii，2022年）。作為響應，生物控制方法越來越受到重視...
結論
在本研究中，新分離的S. rhizosphaerihabitans 14–3對野生型和抗性突變體（包括對DMI、QoI和QiI殺菌劑耐藥的菌株）的C. truncatum表現(xiàn)出強抗真菌活性。其從Kleyn’s No. 1培養(yǎng)基中提取的乙酸乙酯提取物抑制了多個關鍵病原過程——菌絲生長、孢子萌發(fā)和孢子完整性，從而降低了大豆炭疽病的嚴重程度。LC-QTOF/MS分析揭示了其中的十四種代謝物...
作者貢獻聲明
杜欣欣：項目監(jiān)督、資金獲取、概念構思。
鄭學芳：寫作 – 審稿與編輯、數(shù)據(jù)管理。
李本進：資金獲取、數(shù)據(jù)管理。
高杰黃：方法學研究、數(shù)據(jù)管理。
林艷婷：實驗研究、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理。
田后軍：寫作 – 審稿與編輯、實驗研究、數(shù)據(jù)分析。
張楠：寫作 – 審稿與編輯、實驗研究、數(shù)據(jù)分析。
石牛牛：寫作 – 審稿與編輯。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的財務利益或個人關系。
致謝
本工作得到了中國福建省農業(yè)科學研究專項基金（2023R1022004；2025R1059）的支持。
