南非叶际真菌天然产物的发掘及其在植物病原真菌防控中的应用研究

本研究针对农业中化学农药过度使用带来的环境与健康问题，探索了南非特有叶际真菌资源库的生物防治潜力。研究人员采用OSMAC培养策略结合表观遗传调节剂SAHA，从232株叶际真菌中筛选出具有广谱抗植物病原菌活性的菌株，并成功分离鉴定新型抗真菌化合物libertamide。该研究为开发环境友好型生物农药提供了重要资源库和方法学参考，相关成果发表于《Scientific Reports》。

　　

在全球农业面临植物病原真菌威胁的背景下，化学农药的过度使用已引发严重的生态环境和食品安全问题。灰霉病(Botrytis cinerea)、炭疽病(Colletotrichum acutatum)等真菌病害每年造成巨大经济损失，而现有合成杀菌剂不仅导致病原菌耐药性增强，其残留还危害人类健康。这一困境促使科学家将目光转向微生物天然产物——这类具有生物可降解性和多重作用机制的化合物，被认为是新一代环境友好型农药的理想来源。其中，真菌因其惊人的次级代谢潜能备受关注，但绝大多数沉默基因簇在常规实验室条件下难以激活表达。

为破解这一难题，来自Fundación MEDINA的研究团队将研究视野投向生物多样性热点地区南非的叶际真菌群落。这些栖息于腐叶层的微生物在分解纤维素、木质素等顽固物质过程中进化出了独特的代谢途径，可能蕴藏着未被开发的抗菌物质。研究人员从南非特有植物Proteaceae和Restionaceae的腐叶样本中分离获得232株真菌，通过分子鉴定发现其中30%可能为新物种，包括Libertasomyces aloeticus CF-168990等潜在新分类单元。

研究采用多维度技术策略：首先运用ITS1-5.8-ITS2和28S rDNA序列分析完成菌株分类学鉴定；随后建立包含10种培养条件的OSMAC(One Strain Many Compounds)发酵库，特别考察了表观遗传调节剂SAHA对代谢谱的影响；针对4种重要植物病原菌(B. cinerea、C. acutatum、Fusarium proliferatum和Magnaporthe grisea)建立高通量筛选平台，通过微稀释法测定分生孢子萌发抑制率；最后结合LC-HRMS化学去重复和生物活性导向分离技术鉴定活性成分。

主要研究发现包括：

【Biodiversity of the fungal population】

系统发育分析揭示这些叶际真菌涵盖11纲34目83科154属，以Pleosporales目(98株)和Helotiales目(25株)为主。值得注意的是，69株菌的ITS序列相似性<95%，暗示其可能代表新物种，如从Protea repens分离的Acrospermum sp. CF-166111等。

【HTS platform activity characterization】

高通量筛选从2,362个提取物中鉴定出340个活性样本(117株菌)，其中7株显示广谱活性。针对不同病原菌的活性率差异显著：M. grisea(10.75%)>B. cinerea(4.78%)>F. proliferatum(1.52%)>C. acutatum(1.23%)。BRFT固体培养基对B. cinerea和C. acutatum抑制活性最显著，而LSFM液体培养基更适合诱导抗F. proliferatum活性物质。

【Chemical dereplication of active extracts】

HRMS分析在187个活性提取物中鉴定出92种已知化合物，包括具有抗真菌活性的palmarumycins、stemphytoxin I等。特别发现5种化合物(如7-chloro-6-methoxymellein)仅在SAHA处理组中检测到，显示表观遗传调控的关键作用。

【Differential production of antifungal activities】

SAHA的添加使B. cinerea和M. grisea活性提取物数量显著增加。典型案例如Curvularia sp. CF-166183在BRFT培养基中，SAHA使11-hydroxycurvularin产量提升69%；而Pseudocoleophoma sp. CF-164448仅在含SAHA的LSFM培养基中产生7-chloro-6-methoxymellein。

【Discovery of the antifungal libertamide】

通过生物活性导向分离从Libertasomyces aloeticus CF-168990中鉴定出新结构化合物libertamide(C₁₆H₂₇NO₂)。该物质对小麦叶枯病菌Zymoseptoria tritici抑制活性突出(IC₅₀ 0.91-1.30 μg/mL)，且与细胞毒剂量(ED₅₀ 25.77 μg/mL)存在显著治疗窗口。

这项研究的重要意义在于：首次系统证明南非叶际真菌作为新型生物农药资源库的巨大潜力；建立OSMAC结合表观遗传调控的高效活性物质发掘策略；发现libertamide等具有应用前景的先导化合物。特别是SAHA处理使libertamide产量提升2倍，为激活沉默基因簇提供了方法学示范。这些发现不仅为植物病害防治提供新思路，也为微生物天然产物开发树立了研究范式。未来研究可进一步优化培养条件，扩大活性筛选范围，并评估这些天然产物在田间试验中的实际应用价值。