Chromobacterium piscinae对玉米叶蝉Dalbulus maidis的生物效力及其毒力因子的基因组学研究

《Antonie van Leeuwenhoek》：Bioefficacy of Chromobacterium piscinae against the corn leafhopper Dalbulus maidis and genomic insights into virulence factors

该研究证实 Chromobacterium piscinae ESALQ6200 对玉米叶蝉具有显著生物防治效果，低浓度即可达74.5%-78.7%死亡率，且高浓度无增效现象。基因组分析显示其与 Chromobacterium piscinae (ASM2108337)序列相似度达96.7%，远超物种界定70%阈值，但与 Chromobacterium subtsugae 差异显著（51.8%）。发现III/VI型分泌系统及新型毒素/代谢物，为克服 Bt 毒素抗性提供新思路。

　　

摘要

Chromobacterium subtsugae是该属中唯一被用于生物害虫控制的物种。在本研究中，我们证明了Chromobacterium piscinae ESALQ6200对Dalbulus maidis的杀虫效果，即使在使用低浓度时也是如此，实验方法包括仅使用细菌细胞以及含有分泌代谢产物的无细胞过滤上清液。值得注意的是，我们并未观察到随着C. piscinae ESALQ6200细胞浓度（3.5×10⁴至6.7×10⁹细胞/mL）或无细胞过滤上清液浓度（1%、25%、100%）的增加而导致的死亡率上升。在仅使用细菌细胞的处理中，死亡率分别为76.9%（6.7×10⁹细胞/mL）、75.2%（6.81×10⁷细胞/mL）、78.7%（5.14×10⁶细胞/mL）、77%（5.03×10⁵细胞/mL）和74.5%（3.55×10⁴细胞/mL）；而在使用无细胞过滤上清液的处理中，死亡率分别为72.9%（100%）、65.8%（25%）和67%（1%）。我们认为这些结果可能与对害虫行为的影响、进食抑制作用或群体感应机制在调节毒力因子方面的作用有关。基因组分析揭示了多种潜在的毒力因子，包括几丁质酶、与氰化氢和紫罗兰素生产相关的生物合成基因簇，以及两种孔形成毒素。数字DNA-DNA杂交分析显示，ESALQ6200与C. piscinae（ASM2108337）之间的序列同源性高达96.7%，远高于通常用于区分原核生物物种的70%阈值。相比之下，ESALQ6200与其他Chromobacterium参考基因组之间存在显著差异，其与C. subtsugae（ASM3632055）的序列同源性仅为51.8%。此外，我们还发现了通常与多种细菌物种毒力相关的III型和VI型分泌系统。我们的发现支持将C. piscinae ESALQ6200应用于玉米叶蝉的生物控制。另外，新发现的Chromobacterium毒素和代谢产物可能有助于开发创新的转基因方法，以应对害虫对B. thuringiensis的抗性。