期刊：The ISME Journal?

影響因子：11.217

客戶單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)

一、整體概述

本研究作者針對(duì)植物致病菌青枯雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）開(kāi)展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究了其是如何適應(yīng)生物防治解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）T-5細(xì)菌產(chǎn)生的VOC混合物，并進(jìn)一步探究了這些適應(yīng)是如何影響其毒性的。研究結(jié)果揭示了微生物VOCs是細(xì)菌進(jìn)化的重要驅(qū)動(dòng)因素，可能被用于生物防治，通過(guò)進(jìn)化權(quán)衡來(lái)選擇毒性較低的病原體。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

三、主要內(nèi)容

1、VOC的暴露降低了青枯雷爾氏菌的種群密度，并選擇增加對(duì)VOC的耐受性

研究結(jié)果表明VOC暴露明顯降低了茄屬植物的種群密度，濃度越高，影響越嚴(yán)重（圖2）。進(jìn)一步比較植物病原體青枯雷爾氏菌在沒(méi)有VOC混合物時(shí)以及存在三種不同濃度的VOC混合物時(shí)的種群密度動(dòng)態(tài)，結(jié)果表明進(jìn)化的H-VOC無(wú)性系相對(duì)于祖先無(wú)性系和無(wú)VOC無(wú)性系表現(xiàn)出更高的VOC耐受性，當(dāng)VOC濃度較高時(shí)，這種差異更大（圖3）。

2、對(duì)VOC的耐受性導(dǎo)致了需要在青枯菌的生長(zhǎng)和毒力之間權(quán)衡利弊

與原始無(wú)性系相比，H-VOC無(wú)性系和No-VOC無(wú)性系的最大生物量和生長(zhǎng)曲線下面積均有所增加，生長(zhǎng)遲滯期縮短（圖4a）。然而，與無(wú)VOC無(wú)性系相比，進(jìn)化出的H-VOC無(wú)性系表現(xiàn)出較低的生長(zhǎng)速率和較長(zhǎng)的滯后期，這表明生長(zhǎng)成本與VOC耐受性有關(guān)。此外，除生長(zhǎng)速率和滯后時(shí)間外，所有毒力性狀之間均呈正相關(guān)，而與大多數(shù)生長(zhǎng)性狀呈負(fù)相關(guān)，表明生長(zhǎng)與毒力之間存在平衡關(guān)系（圖5）。

3、VOC耐受性和毒性降低的遺傳基礎(chǔ)

對(duì)No-VOC和H-VOC處理的所有表型克隆進(jìn)行測(cè)序，測(cè)序結(jié)果只獲得了少量的突變（圖6a）。在遺傳水平上，這些表型的變化與編碼脂多糖O-抗原（wecA）和4型菌毛生物合成（pilM）的基因的平行突變有關(guān)，這兩個(gè)基因都與外膜對(duì)抗生素的滲透性和植物病原體的毒力有關(guān)。

4、經(jīng)過(guò)基因工程改造的pilM和wecA突變體對(duì)VOC和抗生素的耐受性增加，但毒性降低

反向遺傳工程顯示，這兩個(gè)突變都很重要，其中pilM對(duì)毒力的負(fù)面影響相對(duì)較大，而wecA對(duì)增加抗生素耐受性的影響相對(duì)較大（圖7）。在VOC選擇下平行進(jìn)化的pilM和wecA突變都對(duì)提高抗菌耐受性和降低毒力有影響，可能與H-VOC無(wú)性系具有協(xié)同、互作效應(yīng)。

四、研究結(jié)論

綜上，本研究結(jié)果表明VOC脅迫使青枯菌對(duì)VOC的耐受性明顯增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)幾種常見(jiàn)土壤細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素的耐受性也顯著增強(qiáng)。VOC耐受性的提高使青枯菌重新權(quán)衡生存與致病，導(dǎo)致青枯菌的毒性特征減弱、致病能力降低。在遺傳水平上，這些表型變化與編碼脂多糖O-抗原（wecA）和IV型菌毛生物合成（pilM）基因的突變有關(guān)。?

參考文獻(xiàn)

Bacterial volatile organic compounds attenuate pathogen?virulence via evolutionary trade-offs.?The ISME Journal, 2023.

DOI:?10.1038/s41396-023-01356-6