粘质沙雷氏菌NMS01介导抗病毒免疫的基因组学解析及其对花生芽坏死病毒在番茄和豇豆中的防控潜力

本研究针对由花生芽坏死病毒(GBNV, Orthotospovirus arachinecrosis)引起的番茄叶片和芽坏死病这一严重制约产量的病害，开展了粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)NMS01的抗病毒潜力评估。研究发现，NMS01处理可延迟症状出现、显著降低发病率，并通过DAC-ELISA和qPCR证实病毒载量大幅降低(0.32–0.96 OD vs 3.26 OD；1.5×105 vs 2.4×106拷贝数)。基因表达分析显示防御基因(MAPKK1, WRKY33B, PR1)上调，基因组分析证实其安全性及次级代谢产物(如prodigiosin)的生物合成潜力。田间试验表明处理组植株生长改善(133.7 cm株高，26.57朵花/株)，病害发生率降至12.3%。该研究为GBNV的可持续治理提供了新型生物防治策略。

　　

番茄作为全球第二大蔬菜作物，在印度等主要生产国面临着多种生物胁迫的严重威胁。其中，由花生芽坏死病毒(Groundnut bud necrosis virus, GBNV，分类学上称为Orthotospovirus arachinecrosis)引起的芽坏死病，对番茄、豆科和茄科作物造成毁灭性影响，可导致严重减产。病毒病防控历来是植物保护领域的难点，传统依赖化学杀虫剂控制媒介昆虫的策略虽有一定效果，但存在环境污染、健康风险及抗药性等问题。因此，开发利用有益微生物诱导植物免疫系统、实现环境友好的病毒治理新途径，成为当前研究热点。

在这一背景下，研究人员聚焦于根际有益细菌——粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)菌株NMS01，探究其对GBNV的抗病毒潜力及作用机制。该研究论文发表在《Journal of Agriculture and Food Research》上，系统评估了NMS01在模式寄主豇豆和经济作物番茄中对GBNV的抑制效果，并结合基因组学、分子生物学及田间试验等多层次证据，揭示了其抗病毒机制与应用前景。

为全面解析NMS01的抗病毒机制与研究价值，研究团队运用了包括16S rRNA测序在内的菌株鉴定技术、直接抗原涂层酶联免疫吸附测定(DAC-ELISA)和实时定量PCR(qPCR)用于病毒载量分析，同时通过基因表达分析检测防御相关基因转录水平。此外，完成全基因组测序与功能注释，使用antiSMASH预测次级代谢产物基因簇，利用PATRIC、VFDB等数据库进行毒力因子筛查，并通过比较基因组学和泛基因组分析揭示其遗传背景与潜在功能。田间试验设计包含不同施用方式（水剂与乳剂）及与农民常规实践的对比，综合评价防病促生效果。

3.1. 体外筛选细菌拮抗菌抗GBNV活性

在豇豆(VBN3)上，通过同时接种和预接种两种方式评估四种细菌拮抗菌的抗病毒效果。结果表明，同时接种时，NMS01处理组的病斑数仅为0.80个/叶，比接毒对照(16.60个/叶)降低95.06%，效果最佳；预接种处理也显示71.5%的降低幅度。这说明NMS01处理，特别是与病毒同时施用，可显著抑制GBNV症状发展。

3.2. NMS01对番茄中GBNV的抗病毒效果

在番茄品种Saaho上，NMS01处理显著降低了病害发生率（同时接种12%，预接种24%，对照83%），延迟了症状出现时间（10 DPI vs 8 DPI），且症状严重度评分显著较低（0.82 vs 3.04）。证明NMS01在番茄中同样高效，且具有系统保护作用。

3.3. GBNV病毒载量定量

DAC-ELISA分析显示，在番茄中，NMS01处理组在不同时间点（0、5、10 DPI）及新出叶中的吸光值均显著低于接毒对照，病毒积累受到明显抑制。qPCR结果进一步证实，处理植株中GBNV N基因拷贝数始终低于对照，至12 DPI时，处理组为1.5×10⁵，而对照高达2.4×10⁶，新出叶中病毒复制与系统移动也受到限制。

3.4. 三营养互作试验

防御基因表达分析发现，经NMS01处理的植株在接种GBNV后，水杨酸(SA)途径标志基因NPR1和PR1、茉莉酸(JA)途径基因PDF1.2和JAR1、MAP激酶信号通路基因MAPKK1及WRKY33B等均出现显著上调。这表明NMS01通过激活多条防御信号通路，增强植物对病毒的免疫力。

3.5. NMS01基因组分析

菌株NMS01基因组大小为5,441,536 bp，GC含量59.24%，预测编码5446个蛋白编码序列(CDS)。功能注释显示其具有丰富的代谢和抗逆相关基因，次级代谢物预测发现包括prodigiosin、thiopeptide和hserlactone等抗微生物化合物基因簇，为其抗病毒活性提供了物质基础。

3.6. 子系统分析

通过PATRIC注释，NMS01基因组中的基因广泛参与代谢、能量产生、压力应答及毒力等功能，进一步支持其在复杂环境中定殖和发挥益生功能的潜力。

3.7. 抗微生物代谢物基因簇鉴定

antiSMASH分析识别出多个生物合成基因簇(BGC)，包括已知具有抗病毒活性的prodigiosin合成基因簇，位于contig 1区域。其他NRPS、PKS等基因簇的存在也提示NMS01能产生多样化的抗菌抗病毒代谢物。

3.8. 毒力因子鉴定

基因组筛检未发现典型毒力基因（如shlA、phlA、sepA），表明NMS01缺乏致病性，适合农业应用。

3.9. 比较基因组分析

与其它沙雷氏菌菌株比较显示，NMS01具有较多独特基因（471个），与N4-5和YHYF1亲缘最近。泛基因组分析表明，该菌具有较高的基因组可塑性，核心基因逐渐减少，而泛基因组不断扩大，反映出其适应多种生境的进化潜力。

3.10. 泛基因组分析

NMS01拥有4023个核心基因、352个辅助基因和664个独特基因。系统发育和平均核苷酸一致性(ANI)分析支持其与某些菌株高度相似，而与其他菌株（如RSC14）存在较大分歧。

3.11. 田间防效试验

田间试验中，施用1.5% NMS01细胞悬浮液（水剂或10%乳剂）显著降低GBNV发病率（12.3–13.33%），对照为30.1%。同时，处理组植株株高、花朵数、单株果重及预估产量均显著高于对照，凸显其兼具防病与促生效果。

研究表明，粘质沙雷氏菌NMS01通过多种机制协同发挥抗病毒作用：其一，其微生物相关分子模式(MAMP)如延伸因子(EF-Tu)和鞭毛蛋白可能通过模式触发免疫(MTI)激活植物MAPK等信号通路，诱导防御基因表达；其二，产生的次级代谢物如prodigiosin、thiopeptide等直接抑制病毒复制；其三，调控植物SA、JA等激素信号通路，增强系统抗性。田间结果进一步验证其防病增产的双重功效。

该研究首次系统报道了粘质沙雷氏菌对GBNV的高效生物防治作用，解析了其基因组背景与抗病毒分子机制，为开发基于有益微生物的绿色病毒防控策略提供了重要理论依据与实践材料。未来研究可聚焦于关键抗病毒代谢物的分离纯化、功能验证及转基因应用，进一步推动其产业化与推广应用。