Burkholderia seminalis 通过调节细胞壁的完整性来抑制香蕉中的镰刀菌枯萎病感染

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Burkholderia seminalis suppresses fusarium wilt infection in banana by modulating cell wall integrity

香蕉尖孢镰刀菌 wilt生物防治机制研究：通过分离Burkholderia seminalis strain 2-56发现其通过调控细胞壁组分（lectins、peptins基因表达上调，extensins、glicoproteins下调）及增强抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT、PAL）抑制病原菌，KEGG通路分析揭示MAPK信号、植物-病原体互作及激素信号传导关键作用。

　　

沙兹玛·古尔扎尔（Shazma Gulzar）| 徐雅欣（Yaxin Xu）| 范飞（Fan Fei）| 赞毅（Zan Yi）| 黄春霞（Chunxia Huang）| 拉哈特·沙里夫（Rahat Sharif）| 龙志辉（Zhihui Long）| 陆一莎（Yisha Lu）| 张慧玲（Huiling Zhan）| 徐春香（Chunxiang Xu）

中国华南农业大学园艺学院，广州510642

摘要

由Fusarium oxysporum引起的枯萎病仍然是全球香蕉种植的主要限制因素。生物控制被认为是最环保的病害控制方法之一。众所周知，植物细胞壁（CW）在植物抗病性中起着关键作用。然而，有益细菌诱导的宿主CW介导的抗病机制仍很大程度上尚未被探索。本研究评估了一种天然分离的Burkholderia seminalis（菌株2–56）通过增强香蕉细胞壁介导的抗性来抑制Foc 4菌株感染的潜在机制。接种2–56后，植物的生物量增加，并通过减少ROS的产生以及激活PAL、SOD、POD和CAT酶的活性，在Foc 4感染时实现了56.4%的病害控制效果。KEGG通路分析显示，MAPK信号通路、植物-病原体相互作用和植物激素信号转导通路得到富集，这些通路支持了该菌株的生物控制效果。显著积累的GO条目主要与CW和光合作用相关，包括寡糖生物合成过程和氨基聚糖生物合成过程。有趣的是，接种菌株2–56后，Foc 4感染的香蕉中凝集素的表达增加，而扩展蛋白和富含甘氨酸的蛋白质的表达受到抑制。此外，同半乳聚糖（CCRC-M34/M38/JIM5）和RGII（CCRC-M82）的表位增加，而AGPs（JIM8/LM2）的表位减少。我们的结果为与宿主CW重塑相关的生物控制机制提供了新的见解，并为将来将菌株2–56用于香蕉枯萎病的生物防治奠定了基础。

引言

香蕉（Musa属）在135多个热带和亚热带国家种植，是全球最重要的作物之一，2022年的全球产量超过了1.2亿吨，为超过5亿人提供了重要的热量来源（FAOSTAT，2024年）。然而，由土壤传播的病原体Fusarium oxysporum f. sp. cubense（Foc，包括菌株1、2和4）引起的枯萎病继续对全球香蕉种植构成严重威胁（Solorzano等人，2025年；Gulzar等人，2025年）。这种病原体通常通过根或块茎基部的伤口进入宿主，随后在维管系统中定殖，阻塞木质部导管，干扰水分运输和光合作用等生理过程，最终导致植物死亡。该病害的外部特征是老叶边缘变黄，逐渐在假茎周围枯萎（Mmadi等人，2023年）。由于传统的控制方法（如谨慎的田间管理、轮作和农药施用）对持久的土壤传播孢子效果不佳（Munhoz等人，2024年），因此生物控制作为一种可持续的替代方案受到了关注，它具有环保特性，并揭示了某些微生物增强植物防御的新机制（Yao等人，2024年）。

根际和其他植物器官（如种子、根、茎和叶）是多种细菌的栖息地（Yuan等人，2022年）。与根际和不同器官相关的细菌可以独立定殖植物组织，并产生多种次生代谢物，通过干扰病原体的细胞过程或通过多种机制产生不利条件来限制病原体的发展（Lahlali等人，2022年）。多种有益细菌已被证明对香蕉枯萎病具有抑制作用，并被用作生物控制剂（BCAs），例如非致病性的Penicillium菌株、Streptomyces属、Bacillus属、Pseudomonas属和Burkholderia属（Xie等人，2023年；Shukla等人，2024年）。

植物细胞壁（CW）是抵御病原体的第一道防线，主要由多糖（半纤维素、纤维素、果胶、木质素）和结构蛋白组成。富含羟脯氨酸的糖蛋白（HRGPs）是CW糖蛋白的主要类别，包括阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGPs）、凝集素、扩展蛋白和富含甘氨酸的蛋白质（Liu等人，2025年；Munzert和Engelsdorf，2025年）。我们假设在病原体感染期间，有益细菌可能会影响宿主CW的代谢，从而增强植物的抗性。遗憾的是，有益细菌诱导的宿主CW介导的抗病机制仍很大程度上尚未被探索。

有趣的是，在中国广东省茂名市发现了一种对Fusarium wilt（Foc 1）具有抗性的Musa属Pisang Awak cv. ‘Guangfen 1’（GFR，ABB）突变体，这种香蕉被称为“永不枯死的香蕉”。这种香蕉通常通过吸芽繁殖，有助于保持其抗病性。有趣的是，从这些吸芽培养的香蕉幼苗表现出显著降低的抗病性，这表明原始抗性突变体根际土壤中的有益微生物可能对其抗性有所贡献。因此，本研究的主要目的是从GFR的根际土壤中分离有益细菌，然后筛选和鉴定对Foc 4具有强拮抗活性的菌株。在这些菌株中，菌株2–56显示出对Foc 4的显著拮抗作用，经鉴定为Burkholderia seminalis（NCBI登录号：PP859245），并选为进一步研究。通过盆栽试验评估了2–56对香蕉生长的影响，测量了生理参数、形态特征、活性氧（ROS）积累和抗氧化酶活性。通过RNA测序和免疫荧光标记（IF）揭示了菌株2–56介导的香蕉细胞壁抗病性，系统地探讨了转录变化并检查了CW成分的时空分布。总体而言，这些分析证实了菌株2–56的生物效率，并全面解释了细胞壁重塑在保护香蕉免受Foc 4侵害中的作用。

实验材料

本研究中使用的病原体是香蕉枯萎病Foc 4（代表序列可在NCBI GenBank中找到，登录号为EU332405）。实验用植物材料为来自华南国家植物园中心苗圃的Musa spp. AAA cv. ‘Brazil’（对Foc 4敏感，但对Foc 1不敏感），处于5-7叶期。有益细菌是通过Xu等人（2024年）描述的系列稀释方法从上述GFR的根际中分离出来的。

菌株2–56的平板对抗分析和鉴定

菌株2–56的特性

在体外双重培养试验中，菌株2–56在250种测试的细菌菌株中对Foc 4表现出显著的抗真菌活性（49.12%）（图1A-B）。如图1C所示，菌株2–56的菌落呈圆形、黄色、凸起且不透明，表面光滑。此外，通过革兰氏染色试验（图1D）鉴定2–56为革兰氏阴性细菌。通过16S rDNA扩增和测序进行分子鉴定，随后进行BLAST分析，

讨论

先前的研究表明Burkholderia seminalis可以促进植物生长。例如，Hwang等人（2021年）发现Burkholderia seminalis菌株869 T2通过提高生长素水平促进了Arabidopsis thaliana、Brassica rapa（小白菜）、Lactuca sativa（生菜）和Amaranthus dubius（苋菜）的生长。此外，关于Zea mays（玉米）（Dos Santos等人，2022年）和Solanum lycopersicum（番茄）（Heo等人，2022年）的研究也解释了这种促进植物生长的作用

结论

总之，从GFR根际土壤中分离的菌株2–56通过形态学和分子分析被鉴定为Burkholderia seminalis》。在盆栽试验中，Burkholderia seminalis不仅促进了香蕉的生长，还通过减少ROS和激活SOD、POD、CAT和PAL等抗氧化酶的活性，实现了56.4%的枯萎病控制效果。在关键的KEGG通路中，MAPK信号通路的富集

CRediT作者贡献声明

沙兹玛·古尔扎尔（Shazma Gulzar）：撰写初稿、可视化处理、软件应用、方法设计、实验研究、数据分析。 徐雅欣（Yaxin Xu）：方法设计、数据分析。 范飞（Fan Fei）：方法设计、实验研究、数据分析。 赞毅（Zan Yi）：验证、软件应用、方法设计。 黄春霞（Chunxia Huang）：资源提供。 拉哈特·沙里夫（Rahat Sharif）：撰写文本、审稿与编辑。 龙志辉（Zhihui Long）：可视化处理、验证。 陆一莎（Yisha Lu）：可视化处理、验证。 张慧玲（Huiling Zhan）：验证、方法设计。 徐春香（Chunxiang Xu）：撰写文本、审稿与

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了广州市科技计划（2024B03J1352）、广东省自然科学基金（2025A1515012529）和现代农业产业技术研究关键课题及专项基金（CARS-31-04）的支持。