土壤传播的真菌病害仍然是对全球农业的最大威胁之一,严重降低了不同农业生态系统的作物产量和粮食安全。这些病害导致产量大幅下降、作物品质下降以及生产成本增加,对集约化和自给农业都构成了持续挑战(Oraon等人,2024年)。诸如Fusarium、Rhizoctonia、Sclerotium、Macrophomina和Verticillium等真菌病原体会引起毁灭性的维管束萎蔫、猝倒病、根腐病和茎溃疡病(Lavanya,2025年)。例如,Fusarium oxysporum单独感染超过100种植物,威胁着全球粮食系统(Ekwomadu和Mwanza,2023年),而Rhizoctonia solani则会导致谷物、豆类和蔬菜的慢性根部和萎蔫病(Akber等人,2023年)。这些真菌会形成持久的生存结构,如菌核和厚垣孢子,使它们能够在不利条件下存活并在作物轮作中重新引发感染(Katan,2017年)。它们广泛的宿主范围、适应性和长期持久性使得这些病原体特别难以管理(Sulaiman和Bello,2024年)。
传统的管理方法依赖于化学杀菌剂、作物轮作和土壤熏蒸(Panth等人,2020年)。虽然化学杀菌剂可以提供短期控制,但反复使用会导致病原体抗性、持久性以及对非目标土壤生物群的负面影响(Nwankwo等人,2025年)。此外,环境毒性和监管限制也限制了其广泛应用。尽管作物轮作和太阳能消毒等农艺措施有益,但往往劳动强度大且在田间效果较差(Halbrendt和LaMondia,2004年)。这些局限性凸显了迫切需要环保、可持续和基于生物技术的病害管理替代方案。
促进植物生长的微生物(PGPMs),尤其是促进植物生长的根际细菌(PGPR),已成为有前景且有效的生物控制剂,它们能增强植物生长和养分吸收,同时提高植物对生物和非生物胁迫的耐受性(Karmakar等人,2025年;El Malahi等人,2025年;Kumar、Sindhu和Kumar,2024a;Kumar、Uthra、Chitra、Damodharan和Pazhani,2024b;Oyedoh等人,2024年;Aparicio等人,2025年)。这些有益微生物通过多种机制抑制病原体,包括诱导系统抗性、产生抗菌化合物以及调节宿主应激反应,使其成为化学农药的有希望的替代品(Malik等人,2025年)。在这一类微生物中,Burkholderia属细菌因其显著的代谢多样性和强大的抗真菌潜力而受到特别关注(Yin等人,2025年)。Burkholderia普遍存在于土壤、根际和植物组织中,某些菌株已知对主要真菌病原体具有拮抗作用(Compant等人,2008年)。这些细菌分布广泛,具有多方面的抗真菌机制:产生生物活性代谢物(burkholdines、氧化菌素、头孢菌素和吡咯硝胺);分泌裂解酶、通过铁载体竞争以及诱导植物系统抗性(Wu等人,2023年;Elshafie和Camele,2021年)。重要的是,Burkholderia不仅抑制病原体,还能增强宿主防御反应,提高整体植物活力(Esmaeel等人,2020年)。
Burkholderia的一个显著优势在于其基因组和代谢的灵活性。其大型、多复制子的基因组携带多种生物合成基因簇,编码大量次级代谢物——其中许多尚未被充分研究(Bach等人,2022年)。这种多样性为发现新的抗真菌化合物提供了巨大潜力。然而,该属包括有益菌株和机会性病原菌株,尤其是在B. cepacia复合体中(Bcc),这引发了生物安全方面的考虑(Mahenthiralingam等人,2008年)。区分有益菌株并理解非致病性的分子决定因素仍然是重要的研究重点(Mannaa等人,2018年)。
组学技术(基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学)的进步彻底改变了我们对Burkholderia介导的生物控制机制的理解(Shishodia等人,2025年)。这些方法识别了抗真菌生物合成途径,阐明了应激响应基因的调控机制,并揭示了驱动根际防御信号传导的功能性蛋白质和代谢物(Hazra等人,2023年;Sahoo等人,2025年)。因此,整合组学提供了Burkholderia与植物和病原体之间动态相互作用的网络视图(Shishodia等人,2025年)。
同时,基于CRISPR的基因组编辑技术已成为功能基因和毒力相关基因的研究工具,用于激活沉默的生物合成簇以及有针对性地优化有益性状(Thankappan等人,2024年)。尽管这些技术仍在针对Burkholderia进行开发,但它们有望实现更安全和更高效的生物控制应用。此外,转录研究表明,Burkholderia的抗真菌性状受到环境和生物信号的严格调控,这种调控通过复杂的转录因子和小RNA网络在田间条件下调节基因表达(Chang等人,2024a;Chang等人,2024b)。
总体而言,这些进展使Burkholderia成为下一代生物控制菌属,能够通过多种机制和环境友好的方式应对土壤传播的真菌威胁。本文综合了近期在理解Burkholderia介导的土壤传播真菌抑制机制方面的分子、基因组和转录机制方面的进展,重点是将组学、CRISPR工具和调控网络结合起来,以实现可持续的作物保护。
尽管对Burkholderia的生物控制性状进行了广泛研究,但大多数研究仍局限于分子、微生物和植物反应层面。因此,目前尚缺乏一个综合框架来解释为什么有前景的菌株在田间条件下表现不一致。在土壤和农场系统中,生物控制效果并非来自单一机制,而是来自微生物调控、根际生态和宿主信号传导之间的相互作用。因此,本文不仅列举已知性状,还综合分析了分子机制、转录时序和生态限制如何共同塑造Burkholderia在现实农业生态系统中的病害抑制作用。