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黄单胞菌（Xanthomonas）可感染超 400 种植物，其产生的黄单胞菌素（xanthomonadins）结构和合成机制不明。研究人员分析 24 种菌株的甲基化芳基多烯酯（MEAP），明确结构多样性及相关基因功能。该研究为揭示黄单胞菌素合成机制提供新视角。
在植物的微观世界里，存在着许多看不见的 “敌人”，黄单胞菌就是其中之一。它是一类能感染超过 400 种植物的革兰氏阴性菌，像水稻、小麦、油菜等重要农作物都深受其害，给全球农业带来了巨大威胁。黄单胞菌有个显著特征，就是能产生一种黄色的、与细胞膜结合的色素 —— 黄单胞菌素。这种色素不仅被当作黄单胞菌的分类和诊断标记，还在细菌的生存和感染过程中扮演着重要角色，比如它能帮助细菌抵御光损伤，还具有抗氧化能力，助力细菌在植物体内存活和感染。但尴尬的是，尽管它如此重要，科学家们却一直没完全搞清楚它的化学结构和生物合成机制。
为了揭开这些谜团，上海交通大学生命科学与生物技术学院的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一系列研究，最终得出了不少重要结论，相关成果发表在《Phytopathology Research》上。这一研究对深入了解黄单胞菌的致病机制、开发新的防治策略意义重大，为保护农作物的健康生长带来了新的希望。
研究人员在本次研究中主要运用了以下关键技术方法：一是通过培养不同的黄单胞菌菌株，利用高效液相色谱（HPLC）和四极杆飞行时间质谱（Q-TOF-MS）分析其产生的甲基化芳基多烯酯（MEAP），以此来鉴定 MEAP 的种类和结构；二是构建黄单胞菌基因缺失突变体和互补菌株，分析相关基因在 MEAP 生物合成中的功能。
下面来看看具体的研究结果：
- 24 种黄单胞菌菌株的生长和黄单胞菌素产量：研究人员挑选了 24 种来自不同种类的黄单胞菌菌株进行培养。他们发现，不同菌株对培养基的喜好不同，比如有些 Xcc 菌株喜欢 NYGB 培养基，而有些则更青睐 YEBB 培养基 。在黄单胞菌素产量方面，Xcc 菌株产量最高，Xal 菌株最低。综合考虑，YEBB 培养基被选为后续实验的通用培养基123。
- 24 种黄单胞菌菌株 MEAP 的 HPLC 和 UPLC-Q-TOF-MS 分析：对培养后的菌株进行 MEAP 提取和分析后，研究人员发现了三种主要的 MEAP，分别是 MEAP-1、MEAP-2 和 MEAP-3。根据这些 MEAP 的分布情况，24 种菌株可被分为三类。其中，MEAP-1 与之前在 X. arboricola pv. juglandis 中发现的芳基多烯结构相同，而 MEAP-2 和 MEAP-3 是新发现的结构456。
- Xoo 在水稻叶组织中产生 MEAP-2：Xoo 是导致水稻白叶枯病的 “罪魁祸首”。研究人员从感染 Xoo 的水稻叶片上收集菌脓进行分析，发现其中的主要 MEAP 是 MEAP-2，这和 Xoo 在 YEBB 培养基中生长产生的 MEAP 一致。这也是首次证实黄单胞菌在感染植物过程中会产生 MEAP7812。
- Xcc 菌株 XC1 和 8004 中 xan 基因对 MEAP 生物合成的功能分析：研究人员构建了 36 个 Xcc 菌株 8004 和 XC1 的 xan 基因缺失突变体，结果发现 11 个 xan 基因（xanA2、xanB2、xanC 等）对 MEAP 生物合成至关重要，缺失这些基因后，突变菌株无法合成 MEAP。此外，他们还发现 xanB1与 MEAP 溴化有关，XanD 与黄单胞菌素生物合成部分相关，xanJ、xanN、xanO 和 xanQ 也都参与到黄单胞菌素的生物合成和溴化过程中91011。
研究结论表明，黄单胞菌的 MEAP 存在丰富的结构多样性，基于此可将菌株分为不同类别。同时，研究还明确了 xan 基因簇中多个基因在黄单胞菌素生物合成中的关键作用，其过程主要包括 5 个步骤：合成起始物 3 - 羟基苯甲酸 - S - 酰基载体蛋白（3-HBA-S-ACP）；通过 II 型聚酮合酶生物合成途径合成芳基多烯；将芳基多烯酯化到甘油骨架上；对 MEAP 进行溴化和甲基化；将黄单胞菌素输出到外膜。
在讨论部分，研究人员提到，不同菌株产生的 MEAP 模式差异可能与菌株基因组变异或实验培养基有关，MEAP 模式是否能用于黄单胞菌分类还需进一步探究。此外，研究推测黄单胞菌基因组中可能存在一个未被鉴定的甲基转移酶 “X”，负责黄单胞菌素的甲基化，并且 Xcc 能够调控黄单胞菌素的溴化水平。这些发现为后续研究指明了方向。
总的来说，该研究不仅丰富了人们对黄单胞菌 MEAP 多样性和黄单胞菌素生物合成机制的认识，还为未来研究黄单胞菌与植物的相互作用、开发更有效的防治措施奠定了坚实基础，有望在农业生产中发挥重要作用，帮助农民更好地保护农作物免受黄单胞菌的侵害。
