News & Featured Articles

贝莱斯芽胞杆菌巧用铁载体反制镰刀菌枯萎病

• 由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）引起的枯萎病，是番茄、黄瓜、西瓜等经济作物上极具破坏性的土传病害之一。镰刀菌酸（fusaric acid, FA）是尖孢镰刀菌分泌的关键毒力因子，不仅对宿主植物具有直接的致萎毒性，还能通过螯合环境中的Fe3+诱导铁饥饿，从而抑制根际有益细菌的生长。这种以“铁封锁”为核心的攻击策略，使得有益细菌难以在根际定殖，严重削弱了生物防治的效果。

  面对来自真菌的“铁封锁”，有益细菌能否找到破解之道？近期，河北省农林科学院植物保护研究所马平研究员、郭庆港研究员团队联合南京农业大学钱国良教授团队完成的题为“Fungal fusaric acid triggers a conserved siderophore-based defense strategy in Bacillus velezensis”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。

  该研究揭示了一种新颖的跨物种防御模式：贝莱斯芽胞杆菌（Bacillus velezensis）B31菌株不仅能抵抗真菌毒素FA的胁迫，还能将这一来自真菌的胁迫信号转化为自身的防御信号，通过大量合成高亲和力铁载体bacillibactin来竞争环境中的Fe³⁺，从而实现“以铁制毒”的精准反制，最终高效保护番茄植株免受枯萎病的侵害。

  

  图1 贝莱斯芽胞杆菌B31菌株耐受镰刀菌酸、防治番茄枯萎病的模型

  主要发现如下：

  FA具有植物毒性和细菌抑制双重作用，而B31表现天然耐受

  研究发现FA对黄瓜幼苗和生防菌枯草芽胞杆菌NCD-2均有明显抑制效应，而B31在FA胁迫下仍能正常生长并维持抗真菌活性。更重要的是，B31与FA共处理可显著缓解FA对黄瓜幼苗的生长抑制，而FA敏感菌株则无此效果，表明B31的FA耐受表型直接影响其对植物的保护作用。进一步筛选发现，生防菌贝莱斯芽胞杆菌FZB42、C30833和F68等菌株同样表现出强的FA耐受性，表明这一特性在贝莱斯芽胞杆菌种内高度保守。

  

  图2 贝莱斯芽胞杆菌B31耐受FA并缓解FA对黄瓜幼苗的毒性

  
  

  FA触发bacillibactin生物合成操纵子的爆发式上调

  在FA处理8 h后，B31中dhbA-F基因的表达上调了40至120倍，bacillibactin产量呈浓度依赖性增加，在20 μg/mL FA条件下提升约80倍。在生防菌FZB42、C30833和F68中，dhbA基因同样被FA显著诱导表达，而敏感菌株NCD-2中则无显著变化。结果表明，FA触发的铁载体防御策略在贝莱斯芽胞杆菌中是保守的。

  

  图3 FA诱导B31铁载体合成基因表达与bacillibactin合成

  
  

  bacillibactin通过铁竞争机制赋予FA耐受性

  DFT热力学计算显示，bacillibactin对Fe³⁺的结合亲和力显著高于FA。外源添加200 μM Fe³⁺可完全逆转FA对B31的生长抑制。铁螯合剂2, 2’-联吡啶与FA协同抑菌，该效应同样可被Fe³⁺所解救。ΔdhbA突变株完全缺失bacillibactin合成能力，对FA高度敏感。外源Fe3+直接回补了ΔdhbA的铁摄取缺陷，外源添加bacillibactin生物合成中间体DHB则绕过突变株的合成障碍恢复其生长。综合转录组、遗传学和化学回补等多层次证据，研究确立了bacillibactin介导的铁竞争是B31抵御FA胁迫的核心机制。

  

  图 4 Bacillibactin通过高亲和铁结合赋予B31对FA的抗性

  
  

  bacillibactin是根际定殖和番茄枯萎病生防效能的关键

  与野生型B31相比，ΔdhbA突变株在番茄根际的定殖量减少了约7倍，生物膜形成能力受损，对番茄枯萎病的防效从55.17%降至28.46%。互补菌株ΔdhbA (dhbA)完全恢复了野生型表型。此外，ΔdhbA突变株无法保护黄瓜幼苗免受FA引起的生长抑制，直接证明了bacillibactin依赖的铁竞争机制对植物健康的促进作用。

  

  图 5 Bacillibactin 影响B31根际定殖与番茄枯萎病生防效果

  该研究提出了一个全新的“信号拦截与资源竞争”模型：面对尖孢镰刀菌释放的镰刀菌酸（FA）这一“化学武器”，贝莱斯芽胞杆菌B31将其识别为防御信号，通过大量合成高亲和力铁载体bacillibactin，有效竞争根际环境中的稀缺铁资源，不仅保护自身免遭FA诱导的铁饥饿，还能缓解FA对植物的直接毒害，最终在作物根系表面形成强大的保护屏障抑制枯萎病。这一“以铁制毒”策略的揭示，不仅加深了我们对根际微生物间复杂相互作用机制的理解，也为可持续农业中生物防治菌株的筛选与改良提供了新的分子靶标和理性设计思路。

  河北省农林科学院植物保护研究所博士后魏亚蕊为论文第一作者，郭庆港研究员、钱国良教授为通讯作者。本研究得到河北省博士后科研项目择优资助（B2023005014）、河北省农林科学院科技创新专项（2022KJCXZX‑ZBS‑1）、国家自然科学基金（32172487）和河北省农林科学院国际合作项目（2023KJCXZX‑ZBS‑GH01）等项目的支持。

  Cite the article: Yarui Wei, Zhenhe Su, Xiaomeng Liu, Shaojing Mo, Xiuye Chen, Shezeng Li, Lemeng Dong, Guoliang Qian, Qinggang Guo, Ping Ma. 2026. Fungal fusaric acid triggers a conserved siderophore-based defense strategy in Bacillus velezensis. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2026.06.007

  ---

  Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子5.7，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。

Pubdate： 2026-07-11    Viewed： 112