比较转录组分析揭示了Bacillus velezensis ZY1菌株对抗西瓜细菌性果斑病的防御机制

《Physiotherapy》：Comparative Transcriptome Analysis Reveals Defense Mechanisms of Bacillus velezensis ZY1 Against Bacterial Fruit Blotch in Watermelon

水霉病生物防治研究显示，芽孢杆菌B. velezensis ZY1通过抑制病原菌增殖、上调防御相关基因及增强超氧化物歧化酶、多酚氧化酶等酶活性，显著提高西瓜抗病性。转录组分析发现其激活MAPK信号通路和植物激素信号通路，并调控WRKY、MYB等转录因子表达，为水霉病生物防治提供了分子机制依据。

　　水melon（西瓜）是一种在全球范围内具有重要经济价值的园艺作物，其种植和产量常常受到多种病害的威胁。其中，细菌性果斑病（Bacterial Fruit Blotch, BFB）是西瓜生产中最为严重的病害之一，由病原菌*Acidovorax citrulli*引起。该病害不仅影响西瓜的产量，还会导致果实品质下降，从而对农民的经济收益造成严重影响。因此，探索高效、环保的病害防控策略对于保障西瓜产业的可持续发展至关重要。

本研究聚焦于一种具有潜在生物防治能力的细菌——*Bacillus velezensis* ZY1，探讨其在促进西瓜生长和抑制BFB方面的应用潜力。*B. velezensis* ZY1是一种广谱抗菌微生物，已被证实能够有效抑制多种植物病原菌的生长。本研究通过一系列实验，评估其对*Acidovorax citrulli* Aac5的抑制效果，并进一步探究其在西瓜体内激活防御机制的分子基础。实验结果显示，ZY1不仅能够显著抑制Aac5的增殖，还能通过增强植物免疫系统来提高其对病原菌的抵抗力。

在实验室条件下，通过平板对峙法测定ZY1对Aac5的抗菌活性。实验表明，ZY1在培养后3天内对Aac5的抑制率达到31.11%，说明其具有较强的抗菌能力。此外，在温室实验中，ZY1的施用显著降低了BFB的发病指数，达到71.74%的控制效果。这一结果表明，ZY1不仅可以抑制病原菌的生长，还能通过激活植物的免疫系统，有效缓解BFB对西瓜造成的危害。

为了更深入地理解ZY1如何诱导西瓜的系统性抗性（Systemic Resistance, ISR），研究人员对经过ZY1处理的西瓜叶片进行了转录组分析。结果显示，与对照组相比，ZY1处理显著上调了1,688个基因的表达，同时下调了479个基因。这些基因主要涉及植物防御相关功能，包括转录因子、抗病基因、MAPK信号通路以及植物激素信号传导。其中，转录因子家族包括WRKY、MYB、bZIP、AP2和NAC，这些因子在植物免疫和防御反应中起着关键作用。通过定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）验证，部分关键基因的表达水平显著增加，进一步证实了ZY1诱导植物防御机制的有效性。

研究还发现，ZY1通过激活MAPK信号通路来增强植物的抗病能力。MAPK信号通路在植物对生物和非生物胁迫的响应中起着核心调控作用，特别是在病原菌入侵后的防御反应中。实验数据显示，ZY1处理后，多个MAPK相关基因的表达水平显著上升，尤其是在处理7天时达到最高水平。这表明，ZY1可能通过诱导MAPK信号通路的激活，促进植物对病原菌的快速识别和免疫反应，从而提高其抗病能力。

除了MAPK信号通路，ZY1还通过调节植物激素信号传导来增强防御反应。植物激素如脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）、乙烯（ETH）和赤霉素（GA）在植物的免疫响应中扮演重要角色。研究发现，ZY1处理显著上调了这些激素相关基因的表达，例如SAUR、IAA、AUX1、DELLA、EBF1_2和PR1等。这些激素的调控有助于植物在病原菌侵袭后迅速启动防御机制，提高其对BFB的抵抗力。

此外，ZY1还能够增强植物体内关键防御酶的活性，包括超氧化物歧化酶（SOD）、多酚氧化酶（PPO）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶和脂氧合酶（LOX）。这些酶在植物抵御病原菌的过程中发挥着重要作用，能够清除活性氧物质、分解病原菌细胞壁以及激活植物的免疫反应。实验结果表明，ZY1处理后，这些防御酶的活性显著提高，从而增强了西瓜的抗病能力。

通过转录组分析和功能富集研究，研究人员进一步揭示了ZY1诱导西瓜系统性抗性的分子机制。结果显示，ZY1能够显著激活与植物免疫相关的基因表达，包括防御反应、病原菌抗性、真菌抗性以及种间互作等。这些基因的表达变化不仅反映了植物免疫系统的激活，还揭示了ZY1如何通过调控多种生理和生化过程来增强植物的抗病能力。

本研究的发现为利用* B. velezensis* ZY1进行BFB防控提供了理论依据和实践指导。作为一种环保、高效的生物防治手段，ZY1能够显著减少化学农药的使用，降低环境污染和对人类健康的潜在威胁。同时，其在提高植物免疫能力方面表现出良好的效果，为西瓜种植提供了新的解决方案。未来，研究团队计划进一步探索ZY1在不同环境条件下的应用效果，并评估其在实际农业生产中的可行性，以期为西瓜病害的绿色防控提供更加坚实的科学支持。