Nocardiopsis alba B57的代谢组学解析：揭示其作为可持续农业双功能生物制剂（抗真菌与促生长）的分子机制

本研究针对农业真菌病害防控中化学杀菌剂带来的生态风险问题，通过代谢组学技术揭示了内生放线菌Nocardiopsis alba B57在共培养条件下通过上调carbapenem、menaquinone等次级代谢产物实现抗真菌与促生长的双功能机制。研究人员采用UPLC-MS/MS非靶向代谢组学和KEGG通路分析，发现B57通过激活植物激素信号转导（如auxin和cytokinin）和抗生素合成通路（如carbapenem biosynthesis），为开发环境友好型农业生物制剂提供了新策略。

　　

在农业生产中，真菌性病害如镰刀菌（Fusarium spp.）和轮枝菌（Verticillium spp.）每年造成作物减产14%-50%，而过度依赖化学杀菌剂又导致土壤污染和病原体抗药性加剧。面对这一全球性挑战，寻找既能有效防控病害又能促进作物生长的环境友好型解决方案成为当务之急。中国科学院微生物研究所的研究团队将目光投向了一种特殊的内生放线菌——Nocardiopsis alba B57，通过前沿代谢组学技术揭示了其"一菌双效"的分子机制，相关成果发表在《npj Biofilms and Microbiomes》。

研究人员采用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析，结合京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集，系统比较了B57在单独培养和与四种植物病原真菌（Fusarium oxysporum等）共培养条件下的代谢差异。通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多元统计方法，鉴定了关键差异代谢物及其生物合成通路。

代谢组学特征揭示共培养特异性响应

研究发现B57与病原真菌共培养时，代谢谱发生显著改变。Spearman相关性分析显示B57与各真菌株系存在强正相关（r=0.652-0.706），表明存在密切的代谢互作。PCA分析中PC1和PC2分别解释20.61%和18.43%的变异，共培养组形成独立聚类，说明B57能针对不同真菌调整代谢输出。

关键代谢物的双功能机制

研究鉴定出19种显著上调的代谢物，其中β-内酰胺类抗生素carbapenem（log₂FC=6.7）通过抑制真菌细胞壁合成发挥抗菌作用。维生素K₂（menaquinone）不仅参与细菌电子传递链，还能促进植物钙信号传导和胁迫耐受。而ditryptophenaline等生物碱则通过干扰真菌Na⁺/K⁺-ATPase活性增强防控效果。

代谢通路的功能验证

KEGG分析显示carbapenem生物合成是最富集的通路（p<0.01），其前体L-谷氨酸和L-脯氨酸代谢显著增强。植物激素信号转导通路中，auxin和cytokinin相关基因表达上调，解释了对黑麦草（Lolium perenne）和苋菜（Amaranthus retroflexus）促生长效应（根长增加17.1%-50.7%）。

实际应用效果评估

B57粗提物对四种病原真菌的平均抑制率达30.27%，其中对Verticillium dahliae抑制效果最显著。在500 μg/mL浓度下，其代谢物使双子叶植物根长增长50.7%，且通过产生siderophore（如staphyloferrin）改善铁营养吸收。

这项研究首次系统阐明了N. alba B57通过代谢重编程实现"抗病-促生"协同作用的分子基础。其价值在于：① 发现carbapenem等抗生素在农业病害防控中的新应用场景；② 揭示微生物代谢物通过调控植物激素网络（auxin/cytokinin）促进生长的跨界机制；③ 为开发替代化学农药的"微生物代谢组设计"策略提供理论框架。未来研究可聚焦于B57代谢产物的田间稳定性优化及其对土壤微生态的长期影响评估。