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为解决植物受生物和非生物胁迫问题，研究人员对乳酸菌进行基因组挖掘，发现相关基因，具重要意义。
在广袤的农业天地里，植物们就像一群勇敢的 “战士”，时刻面临着来自四面八方的挑战。生物胁迫，比如各种病原菌的侵袭，就像狡猾的 “敌人”，悄无声息地威胁着植物的健康，导致全球主要农作物产量大幅下降，损失高达 10 - 40% 。而非生物胁迫，诸如恶劣的气候、土壤环境等，又如同严酷的 “战场”，让植物们在生长过程中困难重重。与此同时，随着全球人口的不断增长，对农产品的需求日益增加，可化学农药和化肥的过度使用，不仅破坏了生态平衡，还危害着人类健康和食品安全。因此，寻找一种绿色、安全、有效的方法来保护植物，成为了农业领域亟待解决的重要问题。
在这样的背景下，来自哥伦比亚的研究人员展开了一项意义非凡的研究。他们将目光聚焦于乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB），这种在食品工业中广泛应用且被认为安全的微生物，或许能为植物的健康生长带来新的希望。研究成果发表在《European Journal of Plant Pathology》上。
为了深入探究乳酸菌的奥秘，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是基因组测序技术，对五株乳酸菌进行全基因组测序，获取其基因信息。然后运用生物信息学分析手段，进行基因注释、功能预测以及比较基因组学研究，挖掘与生物防治和植物生长促进相关的基因。同时，通过体外实验，如抑菌实验、磷酸盐溶解实验、IAA 产生实验等，对基因组分析的结果进行验证 。
研究结果如下：
- 乳酸菌菌株基因组的鉴定与比较：通过基因组测序和分析，确定了 A09、A13、A40 为乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici），A61 为鼠李糖乳杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus），A49 与 Limosilactobacillus 属相关但无法确定具体物种。构建的泛基因组显示乳酸片球菌和鼠李糖乳杆菌的基因组具有开放性。
- 乳酸菌生物防治和植物生长促进特性的计算机评估
- 直接作用方式：抗菌和抗菌化合物相关基因：在乳酸菌基因组中发现了多种与抗菌和抗菌化合物产生相关的基因。例如，与丙酮酸脱氢酶相关的基因参与乳酸生物合成途径，降低环境 pH 值，抑制病原菌生长；与芳基醇脱氢酶相关的基因参与合成具有抗菌活性的酪醇；还有一些基因参与合成苯乙酸、苯乳酸等抗菌物质，以及在噬菌体区域发现了与细菌素相关的基因 。
- 间接作用方式：抗性诱导和植物激素相关基因：所有测序的乳酸菌菌株都具有通过 elf18 表达诱导植物防御反应的潜力。同时，还发现了与植物激素信号通路相关的基因，如乙烯信号通路中的 RAN1 基因，参与植物激素乙烯的合成；miaA 基因与顺式玉米素的合成相关，影响植物生长和对胁迫的响应 。
- 间接作用方式：植物生长促进：虽然未发现与 ACC 脱氨酶或铁载体相关的完整基因集，但发现了与葡萄糖酸合成相关的基因，表明乳酸菌具有溶解无机磷的潜力。此外，还发现了与吲哚乙酸（IAA）合成和促进根系生长相关的基因 。
- 乳酸菌生物防治特性的体外验证
- 体外评估乳酸菌对香蕉病原菌的拮抗活性：通过 “spot-on-the-lawn” 方法，研究发现所有测试的乳酸菌菌株都能显著抑制香蕉病原菌尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cubense，Foc）R1 和 TR4 以及青枯雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum，Rs）的生长 。
- 与植物生长促进相关特性的生化评估：体外实验表明，所有乳酸菌菌株都具有溶解磷酸盐的能力，但均不能产生铁载体和 ACC 脱氨酶。此外，研究还发现乳酸菌在 48 小时时产生的 IAA 较多，之后有所下降 。
- 乳酸菌对镰刀菌酸的抗性：研究评估了乳酸菌在不同浓度镰刀菌酸（Fusaric acid，FA）下的生长情况，发现部分菌株能够在较高浓度的 FA 下生长，其中 A61 的耐受性最强 。
研究结论和讨论部分指出，基因组比较分析揭示了不同乳酸菌菌株的独特基因特征，这些特征可能与它们的生物防治和植物生长促进能力有关。尽管部分基因功能和起源尚不确定，但研究结果为进一步探索乳酸菌在农业中的应用提供了重要线索。体外实验验证了乳酸菌的生物防治和植物生长促进潜力，但其具体机制仍需进一步研究。这项研究表明，基因组测序是挖掘乳酸菌潜在功能基因的有效工具，为开发基于乳酸菌的生物防治和植物生长促进产品奠定了理论基础，有望为实现可持续农业发展提供新的解决方案。
