糖诱导型启动子调控工程化粘质沙雷氏菌在松褐天牛防治中的适应性优化研究

针对松材线虫病媒介昆虫松褐天牛(Monochamus alternatus)防治中工程菌适应性不足的难题，福建农林大学团队创新性采用乳糖/蔗糖等糖诱导型启动子(PBAD/PnptII)调控Cry3Aa-T毒素基因在粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)中的条件表达，显著降低菌株适应度代价的同时维持杀虫效力，为森林害虫的可持续防控提供新策略。

　　

松材线虫病(Pine Wilt Disease, PWD)被称为"松树癌症"，这种由松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)引起的毁灭性病害，通过媒介昆虫松褐天牛(Monochamus alternatus)传播，能在感染后数周内导致松树死亡。中国自1982年首次发现该病害以来，已造成巨大的经济和生态损失。传统防治手段面临两大困境：一是化学农药的环境污染问题，二是工程菌在野外环境中因适应度代价(fitness cost)难以长期存活。福建农林大学生态森林有害生物综合防治重点实验室的研究团队在《Microbiological Research》发表的研究，为解决这一难题提供了创新方案。

研究团队从松褐天牛肠道中分离出天然共生菌——粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens) BRC-CXG2菌株，这种细菌在松树韧皮部和昆虫肠道中天然存在。为突破传统工程菌因持续表达外源毒素导致的生存劣势，研究人员创造性采用四种糖诱导型启动子(Sugar-inducible promoters)替代组成型启动子，构建了能响应环境糖信号的条件表达系统。关键技术包括：1)基于pBAM1接合质粒的随机基因组整合技术；2)筛选乳糖(P_lac)、蔗糖、阿拉伯糖(P_BAD)和果糖四种诱导系统；3)使用荧光报告基因评估启动子活性；4)通过生长曲线和竞争实验评估菌株适应度。

在"Construction and expression of four sugar-inducible promoters within S. marcescens"部分，研究发现乳糖诱导型菌株在含糖环境中Cry3Aa-T毒素表达量提升3.2倍，同时维持与野生型相似的生长速率。竞争实验显示，诱导型菌株在模拟肠道环境中的存活率比组成型(PnptII)菌株高47%。

"Discussion"部分指出，松树韧皮部天然富含纤维素降解产生的各种糖类，使该系统无需外源添加诱导剂。当工程菌随天牛取食进入松树后，糖诱导机制自动激活毒素表达；而在无糖环境中关闭表达，显著降低能量消耗。这种"环境响应-条件杀伤"的双重调控，使工程菌在野外既能持续定植又能精准杀虫。

该研究开创性地将合成生物学策略应用于森林害虫防治，其重要意义在于：1)首次在S. marcescens中建立多糖诱导表达系统；2)通过降低适应度代价解决工程菌野外存活的瓶颈问题；3)为松材线虫病提供环境友好型防控方案。研究团队特别指出，这种"以菌治虫"的策略可推广至其他媒介昆虫防治，为农业和公共卫生领域的害虫治理提供新范式。