温度调控假单胞菌环脂肽合成及其抑制立枯丝核菌的机制研究

本研究针对水稻鞘腐病病原菌Pseudomonas fuscovaginae UPB0736产生的环脂肽(CLiPs)产量低、生物活性研究受限的问题，通过优化培养条件发现18°C下King's B培养基中CLiPs产量提升1000倍，其中syringotoxin对Rhizoctonia solani的IC50达0.02-0.09 mg/L，揭示了温度通过调控次级代谢产物影响病原互作的新机制。

　　

在植物微生物组研究中，假单胞菌(Pseudomonas)因其产生环脂肽(Cyclic Lipopeptides, CLiPs)等次级代谢产物的能力备受关注。这些两亲性分子不仅具有抗菌、抗真菌活性，还能诱导植物系统抗性(ISR)，在生态位竞争中发挥关键作用。然而，作为水稻鞘腐病病原的P. fuscovaginae UPB0736虽能产生syringotoxin、fuscopeptin和asplenin三类CLiPs，其产量长期处于亚毫克级，严重制约了生物活性研究。与此同时，立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)引起的纹枯病是全球水稻生产的主要威胁，而温度如何通过调控CLiPs产量影响病原互作尚不明确。

为解决这一科学问题，Jasmine De Rop团队在《The Microbe》发表研究，通过多组学技术揭示了温度依赖的CLiPs合成机制及其生物防治潜力。研究采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)定量分析、核磁共振(NMR)结构鉴定、半数抑制浓度(IC₅₀)测定等关键技术，以来自马达加斯加的P. fuscovaginae UPB0736野生型及基因缺失突变体为材料，结合AG 1-IA和AG 2-2两种立枯丝核菌菌株开展实验。

3.1 UPB0736在18°C下对立枯丝核菌抑制更强

通过四重培养实验发现，野生菌在18°C对R. solani AG 1-IA和AG 2-2的抑制率分别比28°C提高40%和35%，而缺失syringotoxin合成的Δfst突变体抑制效果显著减弱，证实该CLiP是主要抗菌成分。

3.2 King's B培养基中CLiPs产量温度依赖性

在18°C摇瓶培养条件下，syringotoxin产量达58.6 mg/L，较28°C提高1000倍；fuscopeptin A/B产量分别为21.2 mg/L和11.6 mg/L，提升5倍。添加挡板的振荡培养显著促进氧气溶解，使产量再提高7倍。

3.3 纯化化合物的抗菌活性

通过固相萃取纯化获得CLiPs，测定显示syringotoxin对R. solani AG 1-IA的IC₅₀为0.02 mg/L（相当于商业杀菌剂fludioxonil的效力），而fuscopeptin的IC₅₀高出50倍，证实九氨基酸大环内酯结构的抗菌优势。

3.5 最佳生产条件优化

温度梯度实验揭示18°C是syringotoxin合成的临界点，产量较16°C和21°C高3倍，表明温度可能通过调控非核糖体肽合成酶(NRPS)活性影响代谢流。

讨论部分指出，该研究首次阐明P. fuscovaginae在低温环境下通过"代谢重编程"增强抗菌活性的生态适应策略。温度可能通过DnaK等分子伴侣调控NRPS复合体组装，而高产量CLiPs的获得为开发生物农药提供了物质基础。值得注意的是，18-23°C恰是水稻高海拔种植区的典型温度范围，这种温度依赖性可能解释鞘腐病的地理分布特征。未来研究需结合转录组学解析温度感应机制，并评估CLiPs在田间条件下的稳定性。

该工作不仅为微生物次级代谢产物生产提供了优化范式，更揭示了环境因素通过调控病原菌代谢网络影响病害发生的生态学机制，为气候智慧型农业中的病害防控策略提供了新思路。