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沈其荣院士课题组揭示土壤有益细菌与真菌相互作用对植物健康的影响

来源：花匠小妙招时间：2025-07-09 16:29

2月12日，南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣院士课题组在《Science Advances》杂志上发表题为“Turning antagonists into allies: Bacterial-fungal interactions enhance the efficacy of controlling Fusarium wilt disease”的论文，该研究阐明了细菌与真菌从拮抗到共存的互作模式转变对防控番茄枯萎病的重要作用机制。

在土壤生态系统中，细菌和真菌共享微栖息地，形成动态、共同进化的群落，影响着植物生长和健康。其中，细菌与真菌的相互作用（bacterial-fungal interactions，BFI）扮演着重要角色，是土壤生态系统功能的关键驱动因素。然而，这种跨界的相互作用及其转变过程对于植物健康的影响尚不清楚。

贝莱斯芽孢杆菌SQR9（Bacillus velezensis SQR9, Bv）和哈茨木霉NJAU4742（Trichoderma guizhouense NJAU4742, Tg）是沈其荣院士团队长期研究的两株有益功能微生物，它们兼具植物促生和防控土传病害的功能。团队前期研究发现这两株有益微生物间存在严重的拮抗作用，这种作用会大大削弱其联合施用过程中番茄枯萎病的防治效果。为了进一步探究BFI转变是否会影响番茄枯萎病的防治，研究人员通过正向突变技术筛选出与Bv能够共存的Tg突变体Tg-M33。盆栽试验研究发现Tg-M33与Bv的组合接种对番茄枯萎病的防控效果显著优于两株野生型的组合。

为了探究这种跨界相互作用转变的分子生物学机制，研究人员利用共培养转录组学测序、基因编辑、分子对接等多项技术，发现了Tg中存在一个关键的bacilysin转运蛋白（TgMFS4），它在Bv与Tg的跨界对话中起着至关重要的作用。敲除Tgmfs4基因显著减轻了Bv与Tg之间的拮抗作用，减少了bacilysin进入Tg细胞的量（降低bacilysin对于Tg的细胞损害），并提高了共培养环境中bacilysin的水平。这种增加的bacilysin水平作为一种负反馈调节因子，限制其在Bv中的过度生产，节省了能量成本并转化为Bv的生物量增长。

图1 哈茨木霉NJAU4742中TgMFS4蛋白介导bacilysin的转运模型

进一步的研究发现，与两株野生型菌株联合接种（Tg-wt+ Bv）相比，Tgmfs4基因缺失菌株ΔTgmfs4与Bv的联合接种（ΔTgmfs4+ Bv）后，番茄根际Bv与Tg定殖数量显著提高，病原菌丰度显著降低。此外，ΔTgmfs4+ Bv组合接种显著还改变了番茄根际微生物群落功能，特别是上调碳水化合物活性酶（CAZymes）家族基因的表达，这不仅增强了番茄的免疫反应，还建立了有效的生物屏障，抑制病原真菌的增殖。

图2 贝莱斯芽孢杆菌SQR9与哈茨木霉NJAU4742相互作用影响植物健康

本研究不仅为理解土壤跨界微生物之间的相互作用提供了新的视角，也为未来高效构建合成微生物群落提供了新的思路。南京农业大学为该论文的第一署名单位和通讯单位，钟山青年研究员李托为论文的第一作者，沈其荣院士和刘东阳教授为论文的通讯作者。参与该论文研究的还有沈其荣院士团队徐志辉教授、Waseem Raza副教授，博士生史晓腾、王拓凯、徐彦，硕士生王甲果、周懿豪。此外，研究得到了国家自然科学面上基金、国家自然科学青年基金、江苏省自然科学青年基金、中央高校基本科研业务费及国家资助博士后研究人员计划的资助。

全文链接：doi.org/10.1126/sciadv.ads5089

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所属分类：花卉