病原真菌与生防菌互作触发合成新型次级代谢产物——合成杀菌剂先导结构的发现与安全警示

本文揭示了玉米病原真菌(Colletotrichum graminicola)与生防菌(Bacillus amyloliquefaciens)或腐生真菌(Aspergillus nidulans)互作时，通过转录组学和非靶向LC-MS/MS技术发现69%-100%次级代谢生物合成基因簇(SMBGCs)被显著调控，产生1738种新型化合物，其中多类物质具有合成杀菌剂(如唑类、肉桂醛)的先导结构。研究首次提出微生物互作可能产生潜在致癌/有毒化合物，对生物防治安全性提出重要警示。

　　

微生物生物防治剂与病原真菌的化学博弈

ABSTRACT
微生物生物防治剂作为合成农药的替代品日益普及。本研究通过设计玉米病原真菌Colletotrichum graminicola与生防菌Bacillus amyloliquefaciens及模式真菌Aspergillus nidulans的体外对峙实验，揭示了微生物竞争中次级代谢产物(SMs)的关键作用。

3.1 对峙表型差异
在离体对峙实验中，生防菌B. amyloliquefaciens能完全抑制玉米叶片炭疽病症状。显微镜观察发现，真菌-细菌对峙区出现显著菌丝肿胀和液泡化，这与细菌环脂肽iturin A的作用机制一致。而真菌-真菌对峙仅表现生长抑制，无细胞形态改变。值得注意的是，玉米叶面天然微生物群落印迹显示，绝大多数微生物接触时不形成抑制带，暗示自然界中毒性SMs的分泌具有高度选择性。

3.2 转录组揭示SMBGC特异性响应
RNA-seq分析显示：

• C. graminicola对峙生防菌时，42个SMBGC中29个(69%)被调控；对峙A. nidulans时36个(86%)被调控
• 生防菌所有11个SMBGC(100%)及A. nidulans 50/68个(74%)SMBGC发生转录重编程
  特别值得注意的是，C. graminicola的SMBGC27(含PKS27基因)在细菌对峙中整体上调，但基因敲除实验表明该簇产物并非抑制带形成的关键因素。

3.3 代谢组发现杀菌剂先导结构
非靶向高分辨LC-MS/MS鉴定出：

• 真菌-细菌对峙产生1738种新特征化合物
• 真菌-真菌对峙产生1466种新特征化合物
  其中多类化合物具有合成杀菌剂的先导结构：

1. 真菌-细菌对峙特异性产生哌啶类和肉桂醛类
2. 两类对峙均合成唑类化合物
3. 真菌-真菌对峙中发现异黄酮类化合物villosinol（预测LD₅₀=4 mg/kg）

1. 讨论
   该研究首次系统揭示：

1. 微生物对峙触发大量"沉默"SMBGCs的激活，产生远超纯培养的化合物多样性
2. 多类产物与商用杀菌剂具有结构相似性，如FRAC 3类(唑类)、5类(肉桂醛)和BM03类化合物
3. 部分产物(如sterigmatocystin)具有已知致癌性，而rotenoid类可能具有环境致癌风险
4. 与杀菌剂胁迫相比，微生物互作引发的SM合成响应更为强烈

1. 结论
   研究对生物防治安全性提出重要警示：

1. 获批生防菌应用可能导致作物表面形成复杂化学环境
2. 现行法规难以评估对峙诱导的"非预期"化合物风险
3. 需建立更严格的微生物互作代谢产物评估体系
   这项工作为理解微生物化学生态提供了新视角，同时为生物防治产品的安全评估提供了重要科学依据。