《Plant Stress》：Mitigation of Fusarium wilt induced biotic stress by Sugarcane bagasse derived
Burkholderia dolosa KRBA1 through metabolite driven and transcriptional reprogramming for plant stress
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甘蔗渣（Sugarcane bagasse, SCB）腐熟过程支持多样化的细菌群落，这些细菌具有针对土传植物病原菌的生防潜力。本研究从SCB腐熟过程中分离到20株细菌分离物，并筛选其对番茄枯萎病病原菌尖孢镰刀菌番茄专化型（Fusarium oxysporum
甘蔗渣（Sugarcane bagasse, SCB）腐熟过程支持多样化的细菌群落，这些细菌具有针对土传植物病原菌的生防潜力。本研究从SCB腐熟过程中分离到20株细菌分离物，并筛选其对番茄枯萎病病原菌尖孢镰刀菌番茄专化型（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Fol）菌株FOLViF的拮抗活性。所有分离物在双重培养试验中均抑制Fol FOLViF菌丝生长，抑制率为32.08%至52.08%。分离物KRBA1表现出最强的抗真菌活性，基于16S rRNA基因测序（GenBank登录号PX590031）鉴定为Burkholderia dolosa。对Fol FOLViF与B. dolosa KRBA1互作区的代谢物谱分析揭示了一组独特的生物活性化合物，这些化合物在任一单独培养的菌株中均未检测到。暴露于B. dolosa KRBA1的Fol FOLViF转录组分析检测到189个差异表达基因，表明广泛的转录重编程。参与翻译、膜转运和DNA复制的基因下调，而与氧化应激反应和次级代谢相关的基因上调。KEGG通路分析揭示了Fol中代谢通路、氧化磷酸化、内吞作用和蛋白质周转的破坏。分子对接表明B. dolosa KRBA1来源的代谢物procyclidine与多种Fol必需蛋白具有强结合亲和力，超过商业杀菌剂多菌灵（carbendazim）。利用番茄cv. Kalyan进行的温室评估证实，与病原菌接种对照相比，B. dolosa KRBA1显著降低了枯萎病严重度并促进了植物生长。这些结果表明B. dolosa KRBA1通过转录干扰与代谢物介导的抑制相结合来抑制Fol，强调了其作为镰刀菌枯萎病强效生物防治制剂的潜力。
番茄（*Solanum lycopersicum* L.）作为全球广泛栽培的重要蔬菜作物，常年受到土传真菌病原菌的威胁，其中尖孢镰刀菌番茄专化型（*Fusarium oxysporum* f. sp. *lycopersici*, Fol）引起的镰刀菌枯萎病可导致严重产量损失。化学杀菌剂防治效果不稳定，且存在环境污染、抗药性和健康风险等问题，因此亟需开发可持续的绿色防控策略。甘蔗渣（Sugarcane bagasse, SCB）腐熟过程中富集的微生物群落具有潜在的生防价值，但以往研究多停留在抑菌圈和菌丝生长抑制率的表型评价，缺乏对拮抗机制深层解析。为此，研究人员从腐熟SCB中分离拮抗细菌，系统研究了其对Fol的抑制作用及分子机制，相关成果发表于《Plant Stress》。
研究人员从SCB腐熟过程中分离获得20株细菌分离物，通过双培养对峙试验筛选出对Fol FOLViF抑制率最高的菌株KRBA1，经16S rRNA基因测序鉴定为*Burkholderia dolosa*。随后采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析拮抗菌与病原菌互作区代谢物，利用Nanopore RNA测序解析Fol暴露于KRBA1后的转录组变化，结合GO/KEGG富集分析和分子对接预测关键代谢物与靶蛋白的结合能力，并通过温室盆栽试验验证其防病促生效果。主要技术方法包括：双培养对峙筛选、16S rRNA系统发育鉴定、GC-MS代谢物谱分析、RNA-seq转录组测序及差异表达基因（DEGs）分析、分子对接模拟以及番茄cv. Kalyan的盆栽防效评价。样本来源于甘蔗渣腐熟过程及互作培养体系。
研究结果如下：
**3.1 高效拮抗细菌的分离、筛选与鉴定**：双培养试验显示20株分离物均对Fol FOLViF有抑制活性，抑制率介于32.08%至52.08%之间，其中KRBA1抑制率最高（52.08%）。16S rRNA基因测序和EzBioCloud比对确认KRBA1为*B. dolosa*，GenBank登录号PX590031。
**3.2 互作抑制区生物活性分子的鉴定**：GC-MS分析发现，*B. dolosa* KRBA1与Fol FOLViF互作区产生31种独特生物活性化合物，包括procyclidine、5-羟甲基糠醛、正十六酸等，这些化合物在任一单独培养中均未检测到，表明其由互作过程诱导产生。
**3.3 转录组测序与质量评估**：Nanopore测序获得每个样本1,034,451至1,243,458条读段，主成分分析显示*B. dolosa* KRBA1处理组与对照组明显分离，说明拮抗菌显著改变了Fol的转录模式。
**3.4 差异表达基因分析**：共鉴定出189个DEGs（|log2FC|>1，FDR<0.05），其中54个下调、107个上调、28个不显著。下调基因主要涉及翻译、膜转运和DNA复制，上调基因则与氧化应激反应及次级代谢相关，表明KRBA1干扰了病原菌的基础代谢和毒力相关通路。
**3.5 GO功能注释**：生物过程分析显示mRNA加工、蛋白水解、糖脂代谢相关基因表达改变，其中与蛋白质合成和转运相关的基因（如*RBM27*、*RRP5*、*TFP1*、*VMA10*）显著下调；分子功能分析揭示氧化还原酶、ATP结合、核苷酸结合及肽酶活性相关基因下调；细胞组分分析则显示膜组分相关基因（14个）变化最显著，同时核糖体、线粒体及过氧化物酶体组分也受到不同程度影响。
**3.6 KEGG通路富集分析**：下调基因富集于代谢通路、氨基酸生物合成、次级代谢物生物合成、DNA复制、内吞作用、氧化磷酸化、RNA降解及泛素介导的蛋白水解等通路；而上调基因则富集于糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定生物合成、磷脂酰肌醇信号系统等通路，说明病原菌多条核心代谢途径被破坏。
**3.7 分子对接**：以互作区代谢物为配体、转录组下调基因编码蛋白为受体进行对接，结果显示procyclidine与多种关键蛋白具有强结合亲和力（-5.5至-7.9 kcal/mol），其中与AN11G11290的结合力最强（-7.9 kcal/mol），整体优于商业杀菌剂多菌灵，提示其可作为抗真菌先导化合物。
**3.8 温室防效评价**：番茄cv. Kalyan盆栽试验中，*B. dolosa* KRBA1处理（T5）使枯萎病发病率降至17.97%，较病原对照（88.87%）降低了79.79%，同时植株高度达121.4 cm，显著高于接种对照（81.2 cm）及多种其他芽孢杆菌处理，证明其具有良好的防病促生潜力。
讨论部分指出，*B. dolosa* KRBA1的抗真菌机制是多靶点协同作用：下调膜转运蛋白（如PTR2、YMC1）和V-ATPase（TFP1、VMA10）导致营养摄取受阻和离子稳态失衡；核糖体蛋白基因表达不平衡及RRP5下调造成翻译功能障碍；脂质代谢相关基因（ACL1、SRD5A3）异常影响麦角甾醇合成和膜完整性；DLD1等氧化还原酶抑制引发活性氧积累；NDK1、CDC34等能量和细胞周期相关基因下调抑制DNA复制与分裂；同时METTL18上调与PRMT2下调改变表观调控，GLN1等氮代谢基因抑制导致氨基酸饥饿。这些分子缺陷共同削弱了病原菌的致病力。然而，*B. dolosa*属于伯克霍尔德菌属，具有机会性感染人的风险，且基因组可塑性高，因此商业化应用前需通过全基因组测序评估其致病岛、毒力因子和抗生素抗性基因，以确认其环境安全性。
研究结论：本研究证实甘蔗渣腐熟过程是获取优良拮抗菌的实用来源。*Burkholderia dolosa* KRBA1通过代谢产物介导抑制与靶向破坏真菌必需细胞通路双重作用方式有效抑制*Fusarium oxysporum* f. sp. *lycopersici*。代谢组、转录组和分子对接证据相互印证，为KRBA1介导的病害抑制提供了可靠的机制框架。温室条件下KRBA1显著降低枯萎病严重度并促进番茄生长，显示出良好的田间应用前景。未来需进行制剂优化、大田验证及监管性生物安全评估，以推动其作为化学杀菌剂的生态友好型替代品应用于镰刀菌枯萎病管理。
