贝莱斯芽孢杆菌K01在生物防治灰霉病的研究成果在国际期刊《应用微生物技术快讯》正式发表

作者：根力多 2023/9/11 14:05:47

近日，根力多生物科技股份有限公司与中国农业大学郭岩彬教授团队在贝莱斯芽孢杆菌K01生物防治植物灰霉病方面的成果在国际期刊上正式发表，研究成果发表在生物工程与应用微生物领域国际期刊《应用微生物技术快讯》（Applied Microbiology and Biotechnology Express，简称AMB Express），题名为“新型生防菌剂贝莱斯芽孢杆菌K01在灰霉病防治中的应用”(A nov

近日，根力多生物科技股份有限公司與中國農業大學郭巖彬教授團隊在貝萊斯芽孢桿菌K01生物防治植物灰霉病方面的成果在國際期刊上正式發表，研究成果發表在生物工程與應用微生物領域國際期刊《應用微生物技術快訊》（Applied Microbiology and Biotechnology Express，簡稱AMB Express），題名為“新型生防菌劑貝萊斯芽孢桿菌K01在灰霉病防治中的應用”(A novel biocontrol agent Bacillus velezensis K01 for management of gray mold caused by Botrytis cinerea)的研究論文（DOI: 10.1186/s13568-023-01596-x），論文第一作者單位是中國農業大學，第二作者單位是根力多生物科技股份有限公司河北省生物肥料技術創新中心。

灰葡萄孢菌是一種植物病原體，在植物生長周期的所有階段都構成重大威脅。它能夠感染1400多種不同的植物，給農業生產造成嚴重的經濟損失。控制由這種真菌引起的灰霉病主要依賴于使用化學殺菌劑。然而，由于化學殺菌劑對環境和人類健康的不利影響，應用生物防治劑已成為在農業系統中，特別是在有機農業系統中控制植物病害的一種可持續的替代方法。開發一種包含殺菌特性的有效微生物策略可能是有機農業中植物采前和采后健康管理實踐的一個可行選擇。貝萊斯芽孢桿菌由于其豐富的次生代謝產物和對植物生長促進和抑制病害的作用，在農業應用中受到了廣泛的關注。然而貝萊斯芽孢桿菌的利用主要集中在促進植物生長和植物生長過程中病害的生物防治上，對植物采后病害的生物防治研究較少。本研究通過挖掘基因組測序信息來研究菌株K01菌株的潛在益生菌能力，并通過進行植物生長促進、采前-采后病害防控等研究；明確貝萊斯芽孢桿菌K01菌株在生物肥料和生物農藥等領域的應用。

對植物病原菌的拮抗實驗表明，菌株K01具有廣譜拮抗活性。K01對12種病原真菌的抑制率在60%以上，對小長喙菌的抑制率最高（88.1%），其次是灰葡萄孢菌（84.1%）和破壞性炭疽菌（81.4%）（圖1a和b）；同時K01對根癌病菌，黃瓜角斑病菌，胡蘿卜軟腐果膠桿菌，大白菜黑腐病菌以及柑橘潰瘍病菌等5種致病細菌也具有抑制能力。廣譜的抑菌能力展現了貝萊斯芽孢桿菌K01在多種植物病害防控上應用的潛力。

K01對植物病原真菌和病原細菌的拮抗活性

在植物生長促生的研究表明，采用貝萊斯芽孢桿菌K01對玉米進行浸種后，玉米幼苗的地上部干重和根系干重分別提高了29.7-42.0%和39.7-50.6%；在植物病害防控的實驗表明，貝萊斯芽孢桿菌K01對番茄和辣椒葉片和果實中灰霉病的生物防治效率達到78%以上。K01對番茄和辣椒葉片灰霉病的防效分別為81.9%和87.8%；在采后病害的防控上，K01對番茄、青椒和甜椒果實灰霉病的生防效果分別為100%、80.7%和78.4%，且防治效果與化學農藥多菌靈無顯著差異。

貝萊斯芽孢桿菌K01菌株的生物防治能力

貝萊斯芽孢桿菌K01菌株展現了的優良植物促生和病害防控能力，為解析其植物促生和病害防控的機制，分析了K01菌株促生和生防相關功能特征，包括分泌酶和代謝產物，如植酸酶、蛋白酶、纖維素酶、生長素等。結果顯示：K01菌株可以有效分解植酸磷，可溶性磷的含量可達75.3 mg L^-1；蛋白酶和纖維素酶活力分別為2683.2和7.6 U ml^-1；合成生長素IAA的量達到5.7mg L^-1。

生物防治相關特性的測定

為進一步分析貝萊斯芽孢桿菌K01菌株的促生與生防功能，對K01菌株進行了基因組測序，通過基因組序列一致性分析（ANI）、DNA雜交分析（dDDH）和系統發育樹分析，將菌株K01被鑒定為貝萊斯芽孢桿菌Bacillus velezensis。通過對K01功能基因組分析，結果顯示，K01的基因組由一條3.93M bp的圓形染色體組成，平均GC含量為46.5%，沒有任何質粒，共編碼了3866個蛋白質，功能注釋了3749個（97.0%）基因。在注釋的基因中3131個基因參與氨基酸轉運與代謝、轉錄、碳水化合物轉運與代謝、無機離子轉運與代謝、能量產生與轉換、細胞壁/膜生物發生等基于基因組測序信息；其中31.3%的基因被歸為代謝類基因，參與次生代謝產物生物合成轉運代謝的基因有61個。利用AntiSMASH數據庫，在K01基因組中預測出12個次級代謝物生物合成基因簇（BGCs），占全基因組的18.4% (724,516 bp)。在12個BGCs中，有8個對bacillibactin, bacilysin, fengycin, bacillaene, surfactin, difficidin, macrolactin H and butirosin A /butirosin B的合成起關鍵作用。這些基因簇包含dhbABCEF、bacABCDE、fenABCDE、bmyABCD、srfAAABACAD、dfnAYXBCDEGFHIJ、mlnABCDEFG和btrXW基因，長度分別為50,501bp、41,418bp、134,310bp、100,565bp、65,407bp、92,359bp、88,232和41,244bp。這些基因簇編碼的氨基酸序列與貝萊斯芽孢桿菌FZB42和QST713的同源性分別為98.4%、98.8%、97.6%、98.2%、98.2%、98.0%、98.0%、98.1%、98.5%和98.3%、98.8%、97.5%、98.0%、98.1%、98.0%、98.0%、98.4%。

K01菌株基因組測序與系統發育分析

此外，基因組注釋和比較基因組學還鑒定出了多個與植物生長促進和環境適應相關的基因，包括IAA合成，磷溶解，纖維素酶合成，蛋白酶合成以及鞭毛合成與趨化性相關的基因。本文證實了K01作為PGPR和生物防治劑在番茄、辣椒和玉米生產中的應用作用，結果表明貝萊斯芽孢桿菌K01具有作為番茄和辣椒灰霉病管理的一種新的生物防治劑的潛力。

表1 K01基因組信息及其與貝萊斯芽孢桿菌FZB42和QST713的比較結果

貝萊斯芽孢桿菌K01在植物促生和病害生物防治方面的研究成果已經于2021年9月17日獲得國家發明專利（貝萊斯芽孢桿菌K01及其應用，專利授權號：ZL202110114861.2），并獲得農業農村部5個肥料登記證，分別為微生物肥（2022準字10694號、2022準字10695號、2023準字12418號）和土壤修復菌劑微生物肥（2021準字10579號、2021準字10580號）；開發完成的菌之力、菌之冠、康蓓賴斯、茬無疾等系列產品已經在全國20余個省市自治區應用超千萬畝，取得了良好的經濟效益、社會效益和生態效益。