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南京农大土壤微生物与有机肥团队揭示抗生素调控微生物肥料菌种根表定殖成膜新机制

更新时间:2019-11-06 15:04

根际微生物被看作植物的第二基因组,对植物的成长和健康发挥着重要的效果,芽孢杆菌类根际促生菌(PGPR)因为具有根系促生、土传病原菌拮抗、货架期长等特色,以及在宿主植物根表构成生物膜而近距离“贴身”发挥益生功用等特性,是微生物肥料的首要出产菌种,占我国现在挂号的六千多个生物肥料产品中出产菌种的75%以上,在农业绿色开展中含义严重。
  资环学院土壤微生物与有机肥团队张瑞福课题组前期发现,在微生物肥料出产中广泛运用的解淀粉芽孢杆菌SQR9(现在解淀粉芽孢杆菌被更名为贝莱斯芽孢杆菌)排泄的脂肽类抗生素杆菌霉素(Bacillomycin D)具有作为兵器拮抗土传尖孢镰刀菌和作为信号调控其自身生物膜构成的两层功用,该研讨2013年宣布在微生物学范畴世界闻名期刊《Applied 和 Environmental Microbiology》(Xu et al. 2013),因其新颖性被修改引荐为当期亮点文章(Spotlight Article),并写了“一种抗生素能一起作为灭菌兵器和有利菌根际定殖信号(An antibiotic that acts as both a weapon 和 a signal for a beneficial rhizospherebacterium)”的引荐评语,该文现在被引证82次。
  可是对Bacillomycin D调控菌株SQR9生物膜构成和根际定殖的分子机制其时不知道。经过几年研讨,世界出名期刊Cell子刊《Cell Reports》2019年10月29日正式宣布了课题组最新研讨成果“Antibiotic bacillomycin D affects iron acquisition 和 biofilm formation in Bacillus velezensisthrough a Btr-mediated FeuABC-dependent pathway”。提醒了Bacillomycin D能与细胞膜铁离子转运通道FeuABC的调控蛋白Btr特异性结合,并激活feuABC基因的表达,然后进步胞内铁离子浓度,添加胞内NAD+/NADH的比值,经过呼吸链细胞色素结尾氧化酶激活跨膜组氨酸激酶KinB,再经由信号传递链Spo0A-SinI-SinR调控了胞外生物膜基质组成相关基因的表达。该研讨不只深化阐释了抗生素BacillomycinD调控生物膜构成的分子机制,还体系剖析了该抗生素在植物根际的“多重功用”,其生物特性有利于发生菌多细胞阶段的成长和与其他根际微生物的铁离子竞赛。
  本研讨由国家自然科学基金、973项目和国家重点研制方案等赞助,资环学院徐志辉副教授为该论文的榜首作者,土壤微生物和有机肥团队张瑞福教授为通讯作者,课题组博士生张慧慧、刘妍、孙新丽以及冯海超博士、荀卫士副教授、张楠副教授、沈其荣教授参加了该研讨,斯洛文尼亚University of Ljubljana的M和ic-Mulec教授参加了成果剖析和文章编撰。
  微生物肥料工业近年来尽管蓬勃开展,可是在肥料职业中占比依然较小,优异菌种的选育和田间效果的安稳性等仍是限制微生物肥料开展的要害问题。对根际益生菌的植物益生机理缺少深化了解,难以在出产上建立起科学的菌种选育规范;根际益生菌在杂乱根际环境的竞赛定殖是决议其田间效果安稳性的要害要素,对根际益生菌的根际定殖进程和调控机制缺少深化知道,难认为安稳其田间效果供给理论指导和技能支撑;根际微生物组结构和功用研讨世界上方兴未已,根据充沛发掘根际微生物组功用的作物育种战略和田间管理办法还处于探究阶段。
  针对以上要害科学问题,课题组从根际益生菌个别和根际微生物组集体两个方面,提醒了典型根际益生菌促进植物成长、增强植物耐逆、诱导植物体系抗性的效果机理;体系阐明晰其根际趋化定殖的分子调控机制与信号分子网络;剖析了根际微生物组安装的驱动要素、安装进程和功用特色。研讨成果提醒了典型根际益生菌趋化定殖和植物益生的新机制,提出了根际微生物组安装的新理论,促进了根际益生菌的使用和微生物肥料的开展,课题组近年来在Nature Communications、Microbiome、Cell Reports、Current Opinion in Microbiology、Environmental Microbiology、Molecular Plant-Microbe Interactions、Soil Biology & Biochemistry、Journal of Proteomic Research、Applied 和 Environmental Microbiology,Journal of BiologicalChemistry等世界出名期刊宣布SCI论文55篇,研讨成果遭到世界同行广泛重视,被引证2000余次,三篇论文当选ESI高被引论文。
  论文链接:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)31258-6
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