一种来自动物病原真菌白僵菌的真菌病毒通过跨分类群传播作为植物病原体拮抗的移动效应子发挥作用

《Microbiological Research》:A mycovirus from entomogenous fungi Beauveria acts as a mobile effector of phytopathogen antagonism through cross-taxonomic transmission

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月17日 来源:Microbiological Research 8.5

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   摘要真菌间的拮抗作用塑造了微生物群落结构,并为生物防治提供了生态学基础。尽管菌病毒已被证实参与真菌拮抗,但其作用通常归因于对宿主生理的间接调控。本研究揭示,一种菌病毒可通过跨物种传播充当拮抗作用的移动效应因子,这也是首次记录到从昆虫病原/内生真菌(白僵菌属 Beauveria

  

摘要

真菌间的拮抗作用塑造了微生物群落结构,并为生物防治提供了生态学基础。尽管菌病毒已被证实参与真菌拮抗,但其作用通常归因于对宿主生理的间接调控。本研究揭示,一种菌病毒可通过跨物种传播充当拮抗作用的移动效应因子,这也是首次记录到从昆虫病原/内生真菌(白僵菌属 Beauveria)经由植物介导途径传播至植物病原真菌(菌核属 Sclerotinia)的病毒转移现象。我们对感染植物定殖型昆虫病原真菌B. brongniartii的B. brongniartii victorivirus 1(BbrVV1)进行了表征。BbrVV1增强了B. brongniartii在植物体内的Sclerotinia sclerotiorum抑制效果,接种后3天的生物防治效率高达66.7%,而无病毒菌株仅为49.1%,该效应与BbrVV1从B. brongniartii向定殖植物内入侵病原体的传播相关。在其原生宿主中,BbrVV1仅造成中等程度的适合度效应,而向S. sclerotiorum的宿主转移则导致显著的弱致病性表型,包括营养生长受限、菌核发育受损和致病力减弱。此外,基于体外双培养实验和植物体内共接种实验,发现BbrVV1可通过菌丝接触在S. sclerotiorum群体内水平传播,但不能通过单菌核后代传播。这些发现拓展了菌病毒作为真菌互作移动因子的生态学意义,并为植物相关病毒递送在生物防治中的应用奠定了概念基础。

引言

真菌在争夺资源、空间和生态位时参与多种拮抗相互作用。这些相互作用影响真菌的定殖、共存和群落周转,从而塑造自然和人工生态系统中微生物群落的组成和功能(Boddy, 2000, Peay et al., 2016)。在农业生态系统中,真菌拮抗已被用于抑制植物病原菌,构成了生物防治的主要生态学基础(Ayaz et al., 2023)。例如,木霉属 Trichoderma spp. 是成熟的生物防治剂,因其快速定殖能力和捕食寄生活性(Druzhinina et al., 2011; Yao et al., 2023);而白僵菌属 Beauveria spp. 主要以昆虫病原菌闻名,同时也能以内生方式定殖植物并抑制病害,凸显了其多功能的生态作用(Ownley et al., 2008, Yun et al., 2017, Yerukala et al., 2022)。
真菌拮抗通常归因于三种主要机制:竞争、捕食寄生和抗生(Druzhinina et al., 2011, Vinale et al., 2008, K?hl et al., 2019)。竞争通过快速占据生态位和掠夺资源来限制病原菌的定殖(Harman et al., 2004, K?hl et al., 2019)。捕食寄生涉及直接菌丝接触和细胞壁降解酶的分泌(Druzhinina et al., 2011)。抗生则依赖于次级代谢产物,包括挥发性物质和短杆菌素,抑制生长和孢子萌发(Reino et al., 2008, Vinale et al., 2008)。尽管这些机制解释了大部分观察到的拮抗现象,但不能排除存在其他尚未表征的途径。
菌病毒广泛存在于真菌谱系中,为真菌生态和种间互作增添了另一层复杂性(Xie and Jiang, 2024, Wu and Li, 2025)。尽管许多感染是隐性的,某些菌病毒会改变宿主的生长、代谢和致病力,从而间接影响拮抗潜力。例如,在酵母杀手系统中,菌病毒编码的毒素直接抑制敏感的竞争者(Wickner, 1996, Schmitt and Breinig, 2002)。在丝状真菌中,立枯丝核菌 Rhizoctonia solani中的内嵌病毒增强了营养生长和细胞壁降解酶的分泌,产生的分泌组限制了竞争微生物(Pang et al., 2026)。在生物防治真菌中,病毒感染调控了拮抗相关的关键性状:在木霉 Trichoderma中,病毒上调了β-1,3-葡聚糖酶等裂解酶,增强了捕食寄生和次级代谢产物产生(Chun et al., 2018, Liu et al., 2019, You et al., 2019, You et al., 2023, Chun et al., 2024)。在白僵菌 Beauveria中,菌病毒影响代谢和营养生长,有助于在植物-病原界面持续存在(Sui et al., 2024)。而后者的例子代表了间接效应——病毒感染改变了宿主生理,进而影响拮抗表现——而酵母杀手系统则代表了一种直接机制,其中病毒编码的毒素本身即作用于竞争者。然而,这些直接效应在丝状真菌中很少被记录,其对真菌拮抗的贡献程度也知之甚少。这些效应通常是间接的,通过宿主生理调控塑造拮抗,而非直接抑制病原菌。
除这些间接效应外,菌病毒理论上也可通过跨物种传播参与真菌拮抗。在进化病毒学中,种间传播事件——通常称为病毒溢出——会打破已建立的共进化平衡。因此,适应于原生宿主的病毒在新的非适应宿主中常表现出改变的致病力(Parrish et al., 2008, Roossinck, 2011, Longdon et al., 2014, Geoghegan and Holmes, 2018)。但需注意,此处引用的溢出文献主要提供了源自动物病毒的概念框架,而非菌病毒介导的竞争真菌间拮抗的直接实证依据。遵循这一框架,一种良好适应的菌病毒从原生宿主传播至竞争真菌物种,可能对受体造成适合度代价,从而提供拮抗抑制的直接机制。然而,真菌系统中此类情景的直接实验证据一直缺失。
尽管有此理论框架,跨物种病毒传播在真菌拮抗中的作用仍未被充分探索。传统假设认为营养不亲和性阻止了种间病毒转移,因为大多数菌病毒缺乏细胞外感染阶段,依赖菌丝融合引起的胞质交换(Xie and Jiang, 2024, Wu and Li, 2025)。非自身真菌间的接触通常会触发程序性细胞死亡,切断胞质连续性(Nuss, 2005, Bryner and Rigling, 2012)。然而,已记录的跨物种和跨界传播事件要求重新评估这一假设(Andika et al., 2017, Wu and Li, 2025),表明替代进入机制或不亲和性的条件依赖性松弛可能允许种间对抗时的病毒转移。我们强调,这些可能性目前仍处于假设阶段,因为菌病毒克服营养不亲和性屏障的精确途径在大多数情况下尚未通过实验解决。
本研究探讨了菌病毒作为真菌拮抗移动效应因子的潜力。我们聚焦于感染B. brongniartii的B. brongniartii victorivirus 1(BbrVV1),一种总病毒,并考察其对植物病原菌Sclerotinia sclerotiorum的影响。我们证明BbrVV1可跨越营养不亲和性屏障传播,在直接拮抗中转移至竞争真菌,并诱导显著的弱致病性,同时仅对原生宿主造成中等程度的适合度代价。我们的研究确立了传播可发生尽管存在不亲和性,尽管其潜在机制仍有待确定。这些结果揭示了一种此前未在昆虫病原/内生真菌作为植物相关病毒递送载体的背景下记录过的病毒介导拮抗模式,并为理解和潜在应用菌病毒介导的种间互作于农业生态系统建立了新的概念框架。

章节摘要

真菌菌株、植物材料及生长条件

B. brongniartii SXLL(CGMCC No. 3.23638),来源于Holotrichia diomphalia的僵虫尸体,以及野生型S. sclerotiorum(SSR),来源于中国公主岭自然感染的 soybean 豆,均在26 °C PDA培养基上保存。G418抗性SSR(SSR-G418,刘金利博士提供)用于水平传播实验。番茄(Solanum lycopersicum '美丽公主')在温室中26 °C、16小时光照/8小时黑暗及70 ± 5%相对湿度条件下栽培。

病毒dsRNA提取、基因组测序及系统发育分析

从菌丝体中收集……

感染B. brongniartii的一种victorivirus的鉴定与分子表征

对B. brongniartii SXLL菌株的筛查鉴定出一种此前未被表征的双链RNA(dsRNA)病毒,命名为B. brongniartii victorivirus 1(BbrVV1;GenBank: PZ169927)(图1a)。该病毒基因组全长5,648个核苷酸(nt),包含两个部分重叠的开放阅读框(ORF)。ORF1编码一个773个氨基酸(aa)的蛋白,含有保守的总病毒衣壳蛋白(CP)结构域,而ORF2编码一个829个氨基酸的蛋白,包含经典的RNA依赖性RNA……

讨论

白僵菌 Beauveria spp. 是公认的内生型昆虫病原菌,其在植物相关生物防治中的作用日益受到重视(Ownley et al., 2008, Yun et al., 2017, Yerukala et al., 2022)。本研究表征了感染B. brongniartii的总病毒BbrVV1,发现其在植物体内可增强对S. sclerotiorum的拮抗作用,但在标准体外对抗实验中则不然。这种植物体内特异性抑制原则上可能由间接效应导致,包括……

发表同意

作者同意发表。

伦理批准与参与同意

不适用

未引用参考文献

(Ghabrial and Suzuki, 2009, Glare et al., 2012, Jaber and Ownley, 2018, Javaid et al., 2025, Kim et al., 2008, Sabanadzovic et al., 2025, Zhang et al., 2020, Zhu et al., 2025)

资助

本研究受吉林省科技发展计划项目资助(项目编号:SJ2025008)。

CRediT作者贡献声明

杜振国: 写作–审阅与编辑,写作–初稿撰写。 窦跃坤: 方法学,数据管理。 董晓慧: 写作–初稿撰写,可视化,软件,方法学,数据管理。 李齐云: 项目管理,经费获取。 刘红雨: 方法学。 邹晓伟: 可视化。 随黎: 验证。 张正坤: 验证,监督,经费获取,概念设计。

致谢

感谢吉林大学刘金利教授提供G418抗性S. sclerotiorum菌株(SSR-G418)。
董晓慧 | 窦跃坤 | 杜振国 | 随黎 | 邹晓伟 | 刘红雨 | 李齐云 | 张正坤
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