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【前沿】以菌“克”菌:我校科学家研究粘细菌与植物病原真菌互作取得重要进展

2019-05-08来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:李周坤 陈洁

最近,科研人员发现,利用粘细菌可以直接捕食多种细菌和真菌的特性,通过诱导其“定向捕捉”,可以对抗包括稻瘟病菌和枯萎病菌在内的多种植物病原真菌,从而用最安全最生态的方法实现对植物病原菌的控制。

粘细菌是一类具有复杂多细胞行为的原核生物,在细胞生长、捕食、运动及发育等方面表现出显著的社会性特征,是目前原核生物中已知的唯一具有多细胞行为特征的类群。在饥饿条件下,粘细菌的营养细胞会经历一个特殊的群体协作形态变化的过程,营养细胞由扩散性生长到聚集,并最后形成子实体结构。在子实体发育成熟后,内部的营养细胞分化为抗逆性较强的粘孢子,从而使粘细菌能够适应不同的环境。粘细菌因其独特的社会性行为和生活史,以及作为天然活性产物的来源菌,使得国内外对于粘细菌的研究越来越广泛。目前针对粘细菌的研究多数集中其基础发育过程和所分泌的次级代谢产物方面。

粘细菌作为一种捕食性微生物可以直接捕食多种细菌和真菌以获取营养,研究报道表明粘细菌可以通过Frontal attack或者Wolfpackattack的形式对猎物进行捕食。然而,粘细菌是如何识别并捕食病原菌至今依然未知。

我校生科院崔中利教授团队近年来一直致力于粘细菌资源收集及其在植物病害控制方面的研究工作,目前已建立了捕食性粘细菌菌种资源库,筛选获得了多株具有高效捕食能力的粘细菌(Li et al., 2017&2018, Biol Control)。珊瑚球菌Corallococcussp. EGB是课题组分离的一株具有广谱捕食病原真菌能力的粘细菌,对包括稻瘟病菌和枯萎病菌在内的多种植物病原真菌具有高效的捕食能力。在研究菌株EGB捕食病原真菌机制的过程中,课题组发现粘细菌EGB通过分泌一种新型外膜型糖苷水解酶β-1,6-glucanase GluM直接裂解真菌细胞壁中的β-1,6-葡聚糖组分,破坏真菌细胞壁的完整结构,进而阻止真菌的后续侵染。GluM是一种外膜蛋白,与已知的糖苷水解酶序列同源性低于10%,且具有典型的β-barrel结构,被验证存在于粘细菌分泌的外膜囊泡中,形成了糖苷水解酶的一个全新家族。由于β-1,6-glucan组分在真菌细胞壁中的存在广泛,是作为铰链维持着细胞壁的刚性结构。本研究所获得的糖苷水解酶GluM专一性作用于β-1,6-糖苷键,其特殊的底物水解方式和高比活力使其成为一种新型广谱的抗真菌蛋白。利用模式菌株黄色粘球菌Myxococcus xanthus DK1622通过同源蛋白替换进一步发现外膜型β-1,6-glucanaseGluM直接参与粘细菌对病原菌的识别,即粘细菌通过GluM识别菌丝进而附着并裂解以获取营养并繁殖。研究结果还暗示β-1,6-葡聚糖是一个重要的抗菌靶点。

β-1,6-glucanaseGluM参与粘细菌对病原菌菌丝的识别和裂解。(a)共培养过程中粘细菌EGB对稻瘟病菌Guy11的捕食;(b)GluM及其同源蛋白Oar直接参与粘细菌对稻瘟病菌Guy11菌丝的裂解。

本研究首次解析了粘细菌对植物病原菌的捕食机制,鉴定了参与粘细菌捕食过程的关键因子,对阐明粘细菌与植物病原菌互作过程具有重要意义。由于粘细菌处于土壤微生物食物链的顶端,其在土壤微生物生态系统平衡中可能发挥重要作用。近日。该项成果以“A novel outer membrane β-1,6-glucanase is deployed in the predation of fungi bymyxobacteria,https://doi.org/10.1038/s41396-019-0424-x)”为题发表在微生物顶级期刊《ISME J》(IF 5 year:11.66)上。该成果对于了解捕食菌和猎物(Predator-Prey)互作关系具有重要的指导意义。

该论文以南京农业大学为第一作者和通讯单位,我校生科院师资博士后李周坤和博士研究生叶现丰为共同第一作者,生科院崔中利教授和植保院张正光教授为论文的共同通讯作者。植保院范加勤副教授和刘木星博士和以及生科院曹慧教授和黄彦副教授等参与了该项研究。该项目得到了国家自然科学基金面上项目和国家重大基础研发等项目资助。



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