环境来源芽孢杆菌和类芽孢杆菌的抗菌活性研究：表面活性素、芬荠素、杆菌铁载体和羊毛硫抗生素的作用机制与应用潜力

本研究针对农业病原体防控需求，通过全基因组测序和体外实验揭示了橄榄园来源的Bacillus subtilis、Peribacillus simplex和Bacillus cereus分支菌株产生的表面活性素(surfactin)、芬荠素(fengycin)、杆菌铁载体(bacillibactin)和羊毛硫抗生素(lantibiotics)等次级代谢产物的协同抗菌机制，为开发可持续农业生物制剂提供了重要分子靶点和安全评估数据。

　　

橄榄树作为地中海地区重要的经济作物，长期面临Xylella fastidiosa和Verticillium dahliae等病原体的威胁。传统农药的过度使用导致环境压力加剧，而植物根际促生菌(PGPR)因其生态友好特性成为研究热点。其中，芽孢杆菌属(Bacillus)及其近缘物种因其产孢能力和丰富的抗菌代谢物备受关注，但环境菌株的遗传基础与作用机制尚不明确。

为解析这一科学问题，来自中国的研究团队对5株分离自西班牙橄榄园的芽孢杆菌（B. velezensis UJA_LIN_009、B. subtilis UJA_LIN_124、B. halotolerans UJA_LIN_129、P. frigoritolerans UJA_MA_369和B. wiedmannii UJA_MA_406）进行了系统研究，成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。研究采用Illumina和PromethION平台进行混合组装，通过antiSMASH、BAGEL4等生物信息学工具预测次级代谢产物，结合体外抑菌实验和结晶紫染色法评估生物膜形成能力，并利用CARD和VFDB数据库进行安全性分析。

3.1 基因组特征分析
比较基因组显示5株菌分属B. subtilis、P. simplex和B. cereus三个进化分支，其中B. wiedmannii UJA_MA_406基因组最大（5.7 Mbp）。KEGG注释发现碳水化合物代谢和信号转导相关基因占比最高，而B. velezensis UJA_LIN_009的聚酮合成蛋白基因数量显著多于其他菌株。

3.2 次级代谢产物鉴定
通过antiSMASH预测到13-21%基因组区域编码抗菌物质：所有菌株均含芬荠素合成基因簇（相似度40-100%），B. subtilis分支菌株还携带表面活性素（82%相似度）和杆菌铁载体（100%相似度）基因。BAGEL4分析发现B. velezensis UJA_LIN_009含5个细菌素基因簇，包括羊毛硫抗生素paenicidin和淀粉环素(amylocyclicin)。

3.3 安全特性评估
CARD数据库检测到B. wiedmannii UJA_MA_406含7种抗生素抗性基因（Bla1/Bla2等），而其他菌株主要携带lmrB（多药外排泵基因）。VFDB预测所有菌株均含多糖荚膜合成基因，其中B. velezensis UJA_LIN_009还检测到溶血素hlyIII。

3.5 体外抗菌实验
共培养实验显示，来自相同生境的P. frigoritolerans UJA_MA_369与B. wiedmannii UJA_MA_406对Listeria innocua产生协同抑制（抑菌圈11±1.15 mm），而B. velezensis UJA_LIN_009无菌上清对所有测试病原体（除Saccharomyces cerevisiae外）均显示活性。

3.6 生物膜协同效应
结晶紫染色证实所有菌株均为强生物膜形成者（OD₆₂₀>4），但多菌共培养未显示协同增强效应，推测优势菌株主导了生物膜结构。

该研究首次系统阐明了橄榄园芽孢杆菌资源的抗菌分子基础，发现跨菌株保守的芬荠素合成通路和菌群特异的协同作用模式。尽管部分菌株携带抗生素抗性基因，其丰富的抗菌代谢物库（特别是表面活性素-芬荠素协同体系）为开发抗Xylella fastidiosa的生物制剂提供了候选分子。研究提出的基因组岛转移假说（如B. halotolerans UJA_LIN_129含133 kb的基因组岛）为理解环境菌株的适应性进化提供了新视角。未来研究需进一步验证这些次级代谢产物在田间条件下的稳定性和生态安全性。