普利茅斯沙雷菌

《TRENDS IN Microbiology》：Serratia plymuthica

　　

苏云金假单胞菌（Serratia plymuthica）是一种分布广泛的细菌，具有广泛的生态相关性，可从土壤、水体、昆虫、植物和水果中分离得到。尽管分布广泛，但它最常从植物根际分离获得，既以自由生活的根际细菌形式存在，也以非根际内生菌的形式存在。虽然多种假单胞菌属（Serratia）细菌被认为是机会性病原菌（例如粘质假单胞菌（Serratia marcescens）），但苏云金假单胞菌（S. plymuthica）主要以其与植物的有益互作而闻名，被广泛认为是促进植物生长和生物防治细菌。它已被成功应用于多种具有重要农业和园艺价值的作物，包括辣椒、番茄、黄瓜、大豆、豆类、生菜、马铃薯、苹果、小扁豆、油菜、蓝莓和芋头，在这些作物中可促进植物生长、提高产量和改善果实品质，即使在盐分和干旱胁迫条件下也是如此，在这些胁迫条件下的效应与植物激素水平变化、叶绿素含量增加以及植物相关渗透胁迫和氧化胁迫标志物的降低有关，同时也与细菌的胁迫耐受性相关。其在植物定殖和在植物相关生态位中的竞争力方面的成功，被认为与其代谢多样性、复杂的适应性调控网络以及强效抗菌活性有关。因此，据报道，许多苏云金假单胞菌（S. plymuthica）菌株能够抑制多种植物病原菌，包括细菌（例如黄单胞菌（Xanthomonas campestris）、根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）、软腐欧氏菌（Dickeya solani）、火疫欧文氏菌（Erwinia amylovora）和青枯劳尔逊菌（Ralstonia solanacearum））、真菌（例如大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）、茄链格孢菌（Alternaria solani）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）和稻瘟菌（Magnaporthe oryzae））以及卵菌（例如终极腐霉（Pythium ultimum）、寄生疫霉（Phytophthora parasitica）和辣椒疫霉（Phytophthora capsici））。这些拮抗活性主要通过产生多种多样的生物活性次级代谢产物来实现，涵盖多种生物合成类别，包括聚酮类、非核糖体肽类和杂合非核糖体肽-聚酮类代谢物。某些菌株还通过独特的细菌生物合成途径产生 sodorifen，这是一种双环多甲基化同侧萜类挥发性化合物。此外，除产生多种细胞外溶解释放酶（如蛋白酶、纤维素酶、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶）外，多个菌株还能产生氰化氢、诱导植物系统性抗性并表现出杀线虫活性，这些共同促成了其生物防治潜力。在植物相关环境中生存和维持适应度的能力还得益于胞外多糖、铁载体和多种细胞外酶（包括淀粉酶、脂肪酶和过氧化氢酶）的产生。其他竞争决定因素包括多种分泌系统、趋化运动和运动功能以及生物膜形成。在苏云金假单胞菌（S. plymuthica）中经常报道的促植物生长特性包括氨的产生、1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶活性以及磷和锌的溶解。该物种还产生生长素类植物激素吲哚-3-乙酸（IAA），主要通过吲哚-3-丙酮酸途径，这可能有助于其促进植物生长和抗生物及非生物胁迫的能力。这些适应性、生物活性和促植物生长特性通常受到复杂网络调控，包括转录调控因子、双组分系统、群体感应回路、σ因子和转录后调控因子，以菌株依赖的方式精密调控，并受碳代谢物阻遏的影响。这些信号通路的功能受不同胞内和胞外信号的调节。由于其代谢多样性、复杂的次级代谢、精密的调控机制和生态竞争力，苏云金假单胞菌（S. plymuthica）正逐渐成为研究植物促生长和生物防治机制、植物-细菌通讯、种间和种内细菌互作以及植物相关生态位中细菌-真菌互作的模式生物。它也被用于研究生物活性次级代谢产物和挥发性化合物的生物合成与调控，以及植物微生物组的更广泛生态功能。