真菌产生的镰刀菌酸会触发Bacillus velezensis中一种保守的、基于铁载体的防御机制

《Journal of Integrative Agriculture》：Fungal fusaric acid triggers a conserved siderophore-based defense strategy in Bacillus velezensis

　　

魏亚瑞|苏振和|刘晓萌|莫少静|陈秀叶|李世增|董乐萌|钱国亮|郭庆刚|马平

河北省农林科学院植物保护研究所，国家植物相关微生物资源库（河北分库），河北省病虫害综合治理创新中心，河北省病虫害综合治理国际科技联合研究中心，中国保定071000

摘要

由土壤传播的真菌病原体Fusarium oxysporum引起的枯萎病会导致番茄、黄瓜和西瓜等高价值作物的严重产量损失。为了开发有效且可持续的生物防治策略，需要更深入地了解有益根际细菌如何对抗关键的真菌毒力因子。在本研究中，我们发现有益细菌Bacillus velezensis通过一种基于铁载体的防御机制来抵抗F. oxysporum产生的主要毒力代谢物——腐霉菌酸（FA）。研究表明，腐霉菌酸通过螯合铁并诱导细菌缺铁来抑制易感细菌的生长。作为响应，B31菌株在暴露于腐霉菌酸时会触发转录重编程，显著上调铁载体bacillibactin的生物合成途径。这导致bacillibactin的产生量增加，由于其更高的铁结合亲和力，bacillibactin能够竞争并取代腐霉菌酸与铁的结合，从而赋予细菌内在的抗性。从功能上看，这种铁捕获反应不仅能够在腐霉菌酸胁迫下恢复细菌的适应性，还能增强其体外抗真菌活性。重要的是，在植物实验中，该机制减轻了腐霉菌酸引起的植物毒性，并显著提高了植物对F. oxysporum感染的抵抗力。值得注意的是，这种对腐霉菌酸具有响应性的铁载体防御途径在多种B. velezensis菌株中都存在，凸显了其生态和进化意义。我们的研究揭示了一种新的跨界信号传导机制：有益细菌利用真菌的毒力因子激活一种保护性的铁竞争策略，体现了根际微生物复杂的适应性反应，有助于提升植物健康。