编辑推荐：
针对玉米叶枯病导致产量大幅下降、合成化学药剂存在负面影响的问题，研究人员开展从玉米根际筛选对致病真菌具体外拮抗活性的菌株，并通过培养依赖法和全基因组测序预测次生代谢物的研究，发现 Streptomyces sp. OP7 具拮抗能力且含 16 个相关生物合成基因簇，为病害防控提供新方向。
在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，玉米作为重要的粮食作物，其生产安全至关重要。然而，玉米面临着严重的真菌侵染问题，其中叶枯病危害尤为突出，可使玉米产量减少 80%，仅叶枯病就导致粮食产量减少约 60%。目前，合成化学药剂虽能有效减轻病害严重程度，但存在诸多负面影响，如污染环境、危害公众健康、促使抗药性真菌群落形成等。因此，寻找一种更可持续、高效且环保的替代方法来控制玉米叶枯病迫在眉睫。
为解决上述问题，西北大学（North-West University）等机构的研究人员开展了相关研究。研究旨在筛选出对叶枯病致病真菌具有体外拮抗活性的菌株，并通过培养依赖法和全基因组测序方法预测其产生的次生代谢物。研究人员从玉米作物的根际土壤中分离出链霉菌属菌株 Streptomyces sp. OP7，发现其无细胞上清液提取物对测试的植物病原菌具有抗真菌活性。此外，Streptomyces sp. OP7 的完整全基因组数据显示，其存在 16 个与具有抗真菌功能注释的代谢物相似的生物合成基因簇（BGCs），表明该菌株具有产生有价值的农业活性化合物的能力。该研究成果发表在《Biologia》上，为玉米叶枯病的可持续防控提供了新的思路和潜在的生物防治资源。
研究主要采用了以下关键技术方法：
- 微生物分离与筛选：从玉米根际土壤和病叶中分离放线菌和病原真菌，通过初筛和复筛确定具有拮抗活性的菌株。
- 全基因组测序与分析：对活性菌株进行全基因组测序，利用 KBase、RASTtk、antiSMASH 等工具进行基因组组装、注释和生物合成基因簇预测。
- 体外拮抗实验：采用平板对峙法和菌丝生长速率法测定菌株对病原真菌的拮抗活性。
研究结果
病原菌鉴定与致病性测试
通过形态学和分子生物学方法，从病叶中鉴定出三种主要病原真菌：Bipolaris sp.、Fusarium equiseti 和 Phoma sp.。致病性测试表明，这三种病原菌均可导致玉米叶片出现明显的叶枯病症状，其中 Fusarium equiseti 和 Bipolaris sp. 引起的症状更为严重。
放线菌菌株的分离与筛选
从玉米根际土壤中分离出 58 株推定的放线菌菌株，经初步筛选和复筛，发现 Streptomyces sp. OP7（原编号 M12）对三种病原真菌均具有较强的拮抗活性，其无细胞上清液提取物在不同浓度下对病原菌的生长抑制率均超过 80%。
全基因组测序与功能注释
Streptomyces sp. OP7 的基因组大小为 7,109,246 bp，包含 37 个 contigs，GC 含量为 72.4%。通过 RASTtk 和 BlastKOALA 等工具进行功能注释，发现其基因组中存在与铁获取和代谢、氨基酸代谢、应激反应、次生代谢物生物合成等相关的基因。其中，次生代谢物相关基因包括编码铁载体、链霉菌素、几丁质酶、吩嗪等的基因，这些代谢物具有抗真菌和促进植物生长的功能。
生物合成基因簇预测
利用 antiSMASH 和 PRISM 等工具对 Streptomyces sp. OP7 的基因组进行分析，预测出 16 个生物合成基因簇，涵盖铁载体（siderophores）、聚酮合成酶（PKS）、非核糖体肽合成酶（NRPS）、萜类（terpenes）、核糖体合成及翻译后修饰肽（RIPPs）等类型。这些基因簇与已知的抗真菌代谢物如 desferrioxamine B & E、informatipeptin、lanthionine 等具有较高的相似性，表明该菌株具有产生多种抗真菌化合物的潜力。
研究结论与讨论
本研究从玉米根际土壤中筛选出具有广谱抗真菌活性的链霉菌菌株 Streptomyces sp. OP7，其全基因组分析揭示了该菌株具有丰富的生物合成基因簇，能够产生多种具有抗真菌功能的次生代谢物。这些结果为开发基于放线菌的生物防治剂提供了理论依据和候选菌株，有望替代传统的合成化学药剂，实现玉米叶枯病的可持续防控。
研究结果表明，根际放线菌在植物病害防治中具有重要的应用价值。Streptomyces sp. OP7 通过产生多种抗真菌代谢物，如铁载体、聚酮化合物、非核糖体肽等，能够有效抑制病原真菌的生长和繁殖。此外，该菌株还具有适应极端环境的能力，在干旱等逆境条件下仍能保持较高的活性，这为其在实际农业生产中的应用提供了优势。
本研究不仅丰富了对根际微生物与植物互作机制的认识，还为农业可持续发展提供了新的技术手段。未来的研究可以进一步优化该菌株的培养条件，提高其代谢物产量，并开展田间试验验证其防治效果，为推广应用奠定基础。
