综述：多组学与分子工程视角下的假单胞菌属介导的根结线虫生物防治：最新研究进展

《Piel》：Multi-omics and molecular engineering insights into Pseudomonas spp.-mediated biocontrol of root-knot nematodes: An updated perspective

根结线虫是威胁全球农业的重要病原体，传统化学杀线剂因环境问题受限。假单胞菌通过分泌HCN、DAPG等次级代谢物及多种胞外酶直接杀灭线虫，并激活植物诱导系统抗性（ISR）协同作用。多组学技术解析了其代谢通路、环境响应机制及与植物的互作网络，为通过基因编辑和合成生物学优化菌株的田间应用提供了理论支撑。

　　根结线虫（Root-knot nematodes, RKNs）是全球农业生产中极具破坏性的病原体，主要由根结线虫属（*Meloidogyne* spp.）的多种物种引起。这些线虫通过寄生植物根部，导致根部形成肿胀结构（galls），从而干扰植物的水分和养分吸收，降低光合作用效率，最终引发植物生长受阻和产量大幅下降。根据相关研究，根结线虫可导致全球农作物年均减产5%-12%，对粮食安全构成了严重威胁。随着环境和健康问题日益受到关注，传统化学杀线虫剂的使用正受到越来越多的限制，这促使科学家们寻找更加可持续和环保的替代方案。

在这一背景下，假单胞菌（*Pseudomonas* spp.）因其在生物防治中的卓越表现而受到广泛关注。这类细菌不仅具有强大的土壤定殖能力，还能通过多种分子机制对根结线虫产生抑制作用。其中，一些重要的生物控制机制包括：分泌具有杀线虫活性的次级代谢产物、激活植物的诱导系统抗性（ISR）以及通过群体感应（Quorum sensing, QS）和生物膜形成等手段增强其生态适应性。这些特性使得假单胞菌成为控制根结线虫的理想微生物工具。

假单胞菌中的多个物种，如荧光假单胞菌（*P. fluorescens*）、蛋白酶假单胞菌（*P. protegens*）和氯化假单胞菌（*P. chlororaphis*）等，已被广泛研究用于生物防治。这些细菌不仅能够直接抑制根结线虫的生长和繁殖，还能通过激活植物自身的防御系统，提高其对病原体的抵抗力。例如，一些假单胞菌株通过产生氢氰酸（HCN）、吡咯烷酮（pyoluteorin）、2,4-二乙酰菲洛咕啉（DAPG）和吩嗪类化合物等次级代谢产物，对根结线虫造成毒性作用。这些化合物能够破坏线虫的细胞膜，干扰其呼吸作用，并影响其生殖过程，从而有效减少线虫对植物的侵害。

此外，假单胞菌还能通过分泌一些胞外酶，如脂肪酶、蛋白酶和几丁质酶等，分解根结线虫的外骨骼和卵壳，提高其死亡率。这些酶的产生通常受到特定基因簇的调控，而这些基因簇的表达又与环境信号密切相关，如营养物质的可用性、氧气浓度以及植物根系分泌物等。因此，假单胞菌的生物控制能力不仅依赖于其自身基因组的特性，还受到外部环境条件的影响。

近年来，随着组学技术（包括基因组学、转录组学和代谢组学）的发展，科学家们对假单胞菌的生物控制机制有了更深入的理解。通过基因组测序，研究人员可以识别与杀线虫活性相关的基因簇，并进一步分析其在不同环境条件下的表达模式。转录组学和蛋白质组学的研究则揭示了假单胞菌在与根结线虫相互作用过程中，哪些基因和蛋白质会被显著上调或下调。这些研究不仅有助于理解假单胞菌的分子调控网络，也为开发更具针对性的生物防治策略提供了理论依据。

在信号传导方面，假单胞菌通过激活植物的水杨酸（Salicylic acid, SA）、乙烯（Ethylene, ET）和茉莉酸（Jasmonic acid, JA）等信号通路，促进植物的系统抗性。其中，诱导系统抗性（ISR）是假单胞菌诱导植物防御反应的重要机制。与由病原体感染引发的系统获得性抗性（SAR）不同，ISR主要依赖于茉莉酸和乙烯的信号传导路径。某些假单胞菌株，如*P. fluorescens*和*P. chlororaphis*，能够通过产生特定的信号分子，激活植物的ISR反应，从而增强其对根结线虫等病原体的抵抗力。

为了进一步提升假单胞菌的生物防治效果，研究人员还探索了基因工程和合成生物学的应用。通过基因编辑技术，科学家可以改造假单胞菌的基因组，使其更高效地分泌杀线虫化合物或增强其在土壤中的定殖能力。同时，合成生物学方法也被用于构建具有更强抗性或更广谱杀线虫活性的工程菌株。这些技术手段的结合，为开发更稳定、更高效的生物防治产品提供了新的可能性。

除了生物防治策略，农业实践中的文化措施也对根结线虫的管理具有重要意义。例如，轮作非寄主作物、种植抗病品种等方法，能够在一定程度上减少根结线虫的种群数量。然而，这些方法往往需要较长的时间才能见效，并且在不同土壤类型和气候条件下效果可能有所差异。因此，将这些传统方法与现代生物技术相结合，可能是实现根结线虫可持续管理的关键。

生物防治剂的开发还面临着一系列技术挑战。例如，如何确保假单胞菌在不同土壤环境中的存活和稳定定殖，如何提高其在田间条件下的生物活性，以及如何优化其生产成本等。为了克服这些障碍，研究人员正在探索多种生物制剂的配方技术，如粉末和颗粒剂型、液体培养物等。这些生物制剂通常使用一些载体材料，如泥炭、滑石粉、活性炭、蛭石或甘蔗渣，以提高其在土壤中的分散性和持久性。此外，生物膜的形成也被认为是提高假单胞菌在土壤中定殖能力的重要因素，因为它能够帮助细菌在竞争激烈的土壤环境中占据有利位置，从而更有效地抑制根结线虫的生长。

尽管假单胞菌在生物防治中的潜力巨大，但目前对其分子机制的理解仍存在一定的局限性。许多在实验室条件下发现的杀线虫机制，如某些次级代谢产物的产生，往往在实际田间环境中表现不稳定。这主要是由于土壤条件的复杂性，如土壤结构、水分含量、温度变化以及土壤微生物群落的组成等因素，都会影响假单胞菌的活性和效率。因此，未来的研究需要更加关注环境因素对假单胞菌生物控制能力的影响，并探索如何通过基因工程和环境调控手段，提高其在不同农业生态系统中的适用性。

综上所述，假单胞菌作为生物防治剂，在控制根结线虫方面展现出巨大的潜力。其通过多种分子机制，如次级代谢产物的产生、信号通路的激活以及生物膜的形成等，能够有效抑制根结线虫的生长和繁殖。同时，随着组学技术的发展，科学家们对假单胞菌的分子调控网络有了更深入的认识，这为开发更高效、更稳定的生物防治策略提供了重要支持。然而，要实现假单胞菌在田间环境中的广泛应用，还需要进一步优化其生物制剂的配方和应用技术，并深入研究其在不同土壤条件下的表现。通过将现代生物技术与传统农业实践相结合，有望构建出更加可持续和高效的根结线虫防控体系，为全球粮食安全提供有力保障。