《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Mechanisms underlying the biocontrol activity of
Bacillus velezensis TCS001 against the rice blast fungus
Magnaporthe oryzae
编辑推荐：
稻瘟病菌抑制剂Bacillus velezensis TCS001的发酵滤液和粗脂肽提取物通过抑制菌丝生长、分生孢子萌发及致病性，并破坏真菌超微结构，同时激活宿主植物抗性相关酶和基因表达，其机制与抑制MoBAX-I表达有关。
邵萌|谢晨顺|窦伟峰|鲍柳涛|萨德娜·贾格纳特·简|金静|陈杰
国家高效生物农药制备联合地方工程实验室，浙江农林大学古名树保护研究所，中国杭州311300
摘要
Magnaporthe oryzae这种真菌病原体会引发稻瘟病，对全球水稻生产构成重大威胁。Bacillus属细菌因其能够产生强效生物活性化合物而被视为有前景的生物防治剂。然而，这些细菌抑制病原真菌的分子机制尚未完全明了。在本研究中，我们研究了一种名为TCS001的Bacillus菌株，发现它具有很强的抗真菌活性。我们检测了从TCS001中提取的发酵滤液（FL）或粗脂肽提取物（CLE）对M. oryzae的抑制效果。实验结果表明，这些物质能够抑制M. oryzae的营养生长、分生孢子萌发和致病性。对CLE处理过的真菌菌丝进行显微镜观察发现其形态和超微结构发生了显著变化。通过RNA-seq分析以及对MoBAX-I突变体的研究，我们发现CLE通过抑制病原体中的MoBAX-I表达来发挥抗真菌作用。此外，用CLE处理水稻幼苗可激活宿主植物的防御相关酶，并上调抗性相关基因的表达。总体而言，本研究为稻瘟病的防治提供了宝贵的生物资源，并加深了我们对M. oryzae生物防治策略的理解。
引言
M. oryzae引起的稻瘟病对全球粮食安全构成了严重威胁，常被称为“水稻癌症”（Kou等，2016；Zhu等，2023；Meng等，2025a）。据估计，这种破坏性疾病每年导致全球水稻产量减少20%至30%，威胁到数十亿人的粮食供应（Huang等，2020；Zhou等，2022）。由于其广泛传播和巨大的经济影响，M. oryzae被列为全球十大最具破坏性的植物病原体之一（Zhou等，2020）。除了农业影响外，它还被广泛用作研究植物真菌感染的模式生物，为其他重要经济作物的病害机制管理提供了关键见解（Zhou等，2023）。有效的杀菌剂干预措施对于保护全球水稻产量和增强对稻瘟病的粮食安全至关重要（Shin等，2021；Jin等，2025）。现有的化学处理方法（如三环唑、异丙苯磷、特布康唑、氟环唑、异丙硫菌灵和吡氟醚草酮）主要通过干扰黑色素、胆碱、麦角甾醇或三磷酸腺苷（ATP）的生物合成发挥作用（Tleuova等，2020）。最近的研究大大扩展了我们对M. oryzae感染机制的认识（Qian等，2025；Liu等，2025）。在研究附着器介导的感染过程方面的持续进展揭示了真菌用于突破宿主防御的高度特化策略（Kou等，2016；Yan等，2025）。通过确定病原体成功建立感染所需的关键真菌蛋白和生物途径，研究人员可以设计出具有高度精准性的靶向抗真菌化合物，从而减少不必要的副作用并减缓抗性菌株的出现（Jiang等，2023）。此外，对病原体与宿主之间分子通讯的深入理解为识别和开发新的免疫诱导剂以保护水稻免受稻瘟病提供了基础。
附着器是一种特殊的圆顶结构，对M. oryzae成功侵入和感染宿主水稻组织至关重要（Kong等，2023）。最新研究揭示了该结构内的关键分子过程，为创新杀菌策略提供了新的机会（Shi等，2024）。一项研究强调了极长链脂肪酸（VLCFAs）在附着器介导的感染过程中在亚细胞水平上组织隔膜GTP酶的关键作用。研究发现，缺乏VLCFAs会严重破坏隔膜的组装，从而阻止真菌有效侵入宿主组织（He等，2020）。值得注意的是，这一关于VLCFA生物合成在隔膜组装中作用的发现带来了实际突破：已知能抑制VLCFA生产关键酶Elo1的除草剂甲草氯被证明能有效控制稻瘟病。此外，甲草氯对多种其他真菌病原体也表现出广谱抗真菌活性，且不会对宿主植物造成伤害（He等，2020）。在另一项相关研究中，研究人员探讨了磷脂磷酸酶Pah1这一酶的作用。该酶对于合成三酰甘油至关重要，而三酰甘油不仅对甘油三酯合成和细胞信号传导至关重要，也对M. oryzae附着器的形成至关重要（Zhao等，2024）。尽管传统化学杀菌剂在预防和控制稻瘟病方面有效，但它们的持续使用正受到越来越多的质疑（Huang等，2020；Zhou等，2022）。公众和科学界日益关注这些合成化合物对人类健康和环境的多重危害，这突显了在现代农业中寻找更可持续和环保的疾病管理方法的迫切需求。
随着农业部门越来越倾向于可持续解决方案，生物防治已成为一种被广泛认可的环保方法，利用拮抗微生物及其分泌的代谢物来抑制病原体的生长和传播（Chen等，2025）。其中，Bacillus属细菌作为生物防治剂表现出特别有效性和价值（Li等，2025）。Bacillus物种之所以高效，主要归功于两个生物学优势：首先，它们分布广泛、繁殖能力强，具有出色的环境适应性和耐逆性，能够在多种农业环境中生存和繁衍，适合广泛应用（Wei等，2025）；其次，它们能合成多种具有强抗菌特性的次级代谢物，直接抑制病原体的增殖。这些化合物包括脂肽、广谱抗生素和裂解酶等（Wang等，2025）。尽管已有许多Bacillus菌株被证明有助于控制稻瘟病（无论是通过直接抑制M. oryzae的增殖还是通过激活宿主植物的免疫防御），但该病害仍然是一个重大威胁（Zhao等，2025a，Zhao等，2025b）。这凸显了开发针对M. oryzae的有效新型生物防治剂的迫切需求。此外，这些防治剂发挥抗真菌作用的具体机制尚未完全明了。
在本研究中，我们重点研究了来自渤海沉积物的Bacillus菌株TCS001，该菌株对M. oryzae具有很强的抗真菌活性。我们通过体外和体内实验检测了其粗脂肽提取物（CLE）的抗真菌特性，并使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察了CLE处理后的M. oryzae菌丝的形态和超微结构变化。此外，我们还评估了CLE对宿主植物防御相关酶含量和抗性相关基因表达的影响。通过RNA测序分析，我们阐明了Bacillus velezensis TCS001通过抑制MoBAX-I表达来对抗M. oryzae的抗真菌机制。总体而言，这些研究和发现有望改进稻瘟病的有效管理策略，并加深我们对Bacillus velezensis对抗这种破坏性真菌病原体的拮抗机制的理解。
从B. velezensis TCS001中提取CLE的过程
首先将B. velezensis TCS001在LB琼脂上培养两天。然后从该培养物中取3%的样本接种到80毫升MLB种子培养基中，培养基成分包括7克/升蛋白胨、2克/升酵母提取物、6克/升NaCl、2克/升葡萄糖、0.06克/升KCl和0.5克/升MgCl?·6H?O。混合物在27°C下以145转/分钟的速度搅拌培养16小时。之后，将这种种子培养物用作接种物进行脂肽生产
TCS001发酵滤液抑制真菌营养生长并控制稻瘟病
在先前的研究中，我们从渤海沉积物中分离并鉴定出B.velezensis TCS001菌株（CGMCC编号8921）（Yang等，2024）。我们通过平板对抗实验研究了TCS001对M. oryzae的拮抗作用。在空白对照组中，仅培养野生型M. oryzae菌株B157时，观察到正常的真菌生长（图1A，顶部）。然而，当TCS001与B157共培养时，M. oryzae的生长受到显著抑制，形成了明显的抑制区
讨论
由M. oryzae引起的稻瘟病是全球水稻生产中产量损失的重要原因（Zhu等，2023）。尽管该病害普遍存在，但目前的生物防治和管理策略效果有限。化学控制剂的过度和无差别使用不仅未能提供持久的解决方案，还导致了抗性病原菌株的出现，以及严重的环境和生态问题
结论
我们的结果表明，B. velezensis TCS001不仅有效抑制了M. oryzae，还激活了宿主植物的免疫反应。这些发现大大扩展了稻瘟病生物防治的资源库，并为这种破坏性疾病的可持续管理提供了新的策略。
CRediT作者贡献声明
邵萌：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，研究。谢晨顺：撰写 – 初稿，方法学，研究。窦伟峰：研究，数据管理。鲍柳涛：方法学，研究。萨德娜·贾格纳特·简：研究。金静：研究。陈杰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督。
