2月12日，南京農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院沈其榮院士課題組在《Science Advances》雜志上發(fā)表題為“Turning antagonists into allies: Bacterial-fungal interactions enhance the efficacy of controlling Fusarium wilt disease”的論文，該研究闡明了細菌與真菌從拮抗到共存的互作模式轉變對防控番茄枯萎病的重要作用機制。

在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，細菌和真菌共享微棲息地，形成動態(tài)、共同進化的群落，影響著植物生長和健康。其中，細菌與真菌的相互作用（bacterial-fungal interactions，BFI）扮演著重要角色，是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關鍵驅動因素。然而，這種跨界的相互作用及其轉變過程對于植物健康的影響尚不清楚。

貝萊斯芽孢桿菌SQR9（Bacillus velezensis SQR9,Bv）和哈茨木霉NJAU4742（Trichoderma guizhouense NJAU4742,Tg）是沈其榮院士團隊長期研究的兩株有益功能微生物，它們兼具植物促生和防控土傳病害的功能。團隊前期研究發(fā)現(xiàn)這兩株有益微生物間存在嚴重的拮抗作用，這種作用會大大削弱其聯(lián)合施用過程中番茄枯萎病的防治效果。為了進一步探究BFI轉變是否會影響番茄枯萎病的防治，研究人員通過正向突變技術篩選出與Bv能夠共存的Tg突變體Tg-M33。盆栽試驗研究發(fā)現(xiàn)Tg-M33與Bv的組合接種對番茄枯萎病的防控效果顯著優(yōu)于兩株野生型的組合。

為了探究這種跨界相互作用轉變的分子生物學機制，研究人員利用共培養(yǎng)轉錄組學測序、基因編輯、分子對接等多項技術，發(fā)現(xiàn)了Tg中存在一個關鍵的bacilysin轉運蛋白（TgMFS4），它在Bv與Tg的跨界對話中起著至關重要的作用。敲除Tgmfs4基因顯著減輕了Bv與Tg之間的拮抗作用，減少了bacilysin進入Tg細胞的量（降低bacilysin對于Tg的細胞損害），并提高了共培養(yǎng)環(huán)境中bacilysin的水平。這種增加的bacilysin水平作為一種負反饋調節(jié)因子，限制其在Bv中的過度生產，節(jié)省了能量成本并轉化為Bv的生物量增長。

圖1 哈茨木霉NJAU4742中TgMFS4蛋白介導bacilysin的轉運模型

進一步的研究發(fā)現(xiàn)，與兩株野生型菌株聯(lián)合接種（Tg-wt+Bv）相比，Tgmfs4基因缺失菌株ΔTgmfs4與Bv的聯(lián)合接種（ΔTgmfs4+Bv）后，番茄根際Bv與Tg定殖數(shù)量顯著提高，病原菌豐度顯著降低。此外，ΔTgmfs4+Bv組合接種顯著還改變了番茄根際微生物群落功能，特別是上調碳水化合物活性酶（CAZymes）家族基因的表達，這不僅增強了番茄的免疫反應，還建立了有效的生物屏障，抑制病原真菌的增殖。

圖2 貝萊斯芽孢桿菌SQR9與哈茨木霉NJAU4742相互作用影響植物健康

本研究不僅為理解土壤跨界微生物之間的相互作用提供了新的視角，也為未來高效構建合成微生物群落提供了新的思路。南京農業(yè)大學為該論文的第一署名單位和通訊單位，鐘山青年研究員李托為論文的第一作者，沈其榮院士和劉東陽教授為論文的通訊作者。參與該論文研究的還有沈其榮院士團隊徐志輝教授、Waseem Raza副教授，博士生史曉騰、王拓凱、徐彥，碩士生王甲果、周懿豪。此外，研究得到了國家自然科學面上基金、國家自然科學青年基金、江蘇省自然科學青年基金、中央高校基本科研業(yè)務費及國家資助博士后研究人員計劃的資助。

全文鏈接：doi.org/10.1126/sciadv.ads5089