枯草芽胞杆菌NCD-2中调控因子PhoP对fengycin合成的调控作用

 PhoR/PhoP双因子调控系统是枯草芽胞杆菌中一个重要的全局性调控系统, 在低磷环境下, 感应激酶PhoR自磷酸化, 并且将获得的磷酸基团转移到调控因子PhoP上, 从而激活PhoP的调控活性。为了明确调控因子PhoP对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株中主要抑菌活性物质-fengycin合成能力的调控作用, 本研究通过同源重组技术缺失突变NCD-2菌株中的phoP基因, 拮抗活性测定结果表明, phoP基因缺失菌株显著降低了对立枯丝核菌的抑菌活性。通过快速蛋白质液相色谱(FPLC)技术比较了NCD-2菌株野生型及其phoP基因突变子fengycin的合成能力, 结果证明, phoP基因突变菌株降低了fengycin的合成能力。对突变子进行phoP基因互补发现, 互补phoP基因可使突变子的相关性状恢复到野生型菌株水平。以上结果证明, phoP基因对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株中fengycin的合成具有正调控功能。     

PhoR/PhoP双组分系统对枯草芽胞杆菌NCD-2菌落形态和芽胞形成的影响

 双组分PhoR/PhoP是枯草芽胞杆菌中普遍存在的以低磷为信号的调控系统。前期研究发现,PhoR/PhoP双组分系统正调控枯草芽胞杆菌NCD-2菌株脂肽类抗生素fengycin的合成,本研究分析了PhoR/PhoP双组分系统对NCD-2菌株菌落形态和芽胞形成的影响。在有机磷培养基上,NCD-2野生型菌株可以降解有机磷并且形成表面褶皱、立体结构较强的菌落形态,而phoR或phoP基因突变子丧失了降解有机磷的能力,菌落表面光滑、平坦。phoR和phoP基因突变子的互补菌株恢复到了与野生型相似的解磷能力和菌落形态。在低磷和高磷培养基中比较了NCD-2野生型及其衍生菌株的生长及芽胞形成情况,结果表明,在高磷培养基中,NCD-2野生型及其衍生菌株的生长速率没有差异,但在低磷培养基中,phoR和phoP基因突变子的菌体生长速率显著降低。芽胞形成能力测定结果表明,在低磷培养基中,NCD-2野生型菌株的芽胞形成率较高,而phoR和phoP基因突变子的芽胞形成率显著降低;在高磷培养基中,NCD-2野生型及其衍生菌株芽胞形成率普遍较低并且无显著差异。RT-PCR分析显示, phoR和phoP的突变均显著降低了芽胞形成相关基因spo II GA的表达,相比感应激酶PhoR,调控因子PhoP对spo II GA基因的影响更显著。     

PhoR/PhoP双组分系统对枯草芽胞杆菌NCD-2菌落形态和芽胞形成的影响

 双组分PhoR/PhoP是枯草芽胞杆菌中普遍存在的以低磷为信号的调控系统。前期研究发现,PhoR/PhoP双组分系统正调控枯草芽胞杆菌NCD-2菌株脂肽类抗生素fengycin的合成,本研究分析了PhoR/PhoP双组分系统对NCD-2菌株菌落形态和芽胞形成的影响。在有机磷培养基上,NCD-2野生型菌株可以降解有机磷并且形成表面褶皱、立体结构较强的菌落形态,而phoR或phoP基因突变子丧失了降解有机磷的能力,菌落表面光滑、平坦。phoR和phoP基因突变子的互补菌株恢复到了与野生型相似的解磷能力和菌落形态。在低磷和高磷培养基中比较了NCD-2野生型及其衍生菌株的生长及芽胞形成情况,结果表明,在高磷培养基中,NCD-2野生型及其衍生菌株的生长速率没有差异,但在低磷培养基中,phoR和phoP基因突变子的菌体生长速率显著降低。芽胞形成能力测定结果表明,在低磷培养基中,NCD-2野生型菌株的芽胞形成率较高,而phoR和phoP基因突变子的芽胞形成率显著降低;在高磷培养基中,NCD-2野生型及其衍生菌株芽胞形成率普遍较低并且无显著差异。RT-PCR分析显示, phoR和phoP的突变均显著降低了芽胞形成相关基因spo II GA的表达,相比感应激酶PhoR,调控因子PhoP对spo II GA基因的影响更显著。     

ywbB基因对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株菌落形态和芽胞形成的调控

枯草芽胞杆菌NCD-2菌株能有效防治作物土传病害,前期研究证实,ywbB基因正调控NCD-2菌株生物膜形成和根际定殖能力。本研究进一步分析了ywbB基因对NCD-2菌株的生长、菌落形态和芽胞产生等性状的影响。结果表明,同NCD-2野生型菌株相比,突变子ΔywbB降低了在LB和2×SG培养基中的生长速率;在LB或2×SG培养基上,NCD-2菌株可以形成褶皱的菌落形态,而ΔywbB突变子菌落形态平坦,没有褶皱。在2×SG培养基中培养60 h后,NCD-2菌株的芽胞形成率达到68.6%,而ΔywbB突变子的芽胞形成率仅为18.5%。通过RT-qPCR技术分析了ywbB突变后对其上游基因ywbA、下游基因ywbC、芽胞形成相关基因spoIIAA表达量的影响,结果表明,突变ywbB后对ywbA、ywbC基因的表达量没有明显的影响,而ΔywbB突变子中spoIIAA的表达量较NCD-2野生型菌株相比显著降低。     

脂肽类抗生素fengycin对大丽轮枝菌孢子萌发和微菌核形成的影响

 枯草芽胞杆菌NCD-2菌株能够产生脂肽类抗生素fengycin和surfactin。本研究分别比较了NCD-2野生型菌株、丧失fengycin合成的突变子MF和丧失surfactin合成的突变子MS对大丽轮枝菌的抑菌活性。结果表明,NCD-2菌株和突变子MS周围能形成清晰的透明圈,而突变子MF周围透明圈模糊,说明fengycin对大丽轮枝菌具有抑菌活性。不同浓度的脂肽提取物对大丽轮枝菌孢子萌发的抑制试验表明,NCD-2野生型菌株的脂肽提取物能抑制大丽轮枝菌孢子萌发,在0.1 mg·mL^-1浓度下对孢子萌发的抑制率为46.30%,且随着脂肽浓度的提高抑制效果更加明显;同野生型菌株相比,突变子MF脂肽提取物显著降低了对大丽轮枝菌孢子萌发的抑制效果,在0.1 mg·mL^-1浓度下对孢子萌发的抑制率仅为18.48%,而突变子MS的脂肽提取物对大丽轮枝菌孢子萌发抑制效果与野生型菌株没有显著差异。通过测试脂肽提取物对微菌核形成的影响,发现野生型菌株和突变子MS脂肽提取物均能够显著抑制微菌核的形成,而突变子MF几乎丧失了对微菌核形成的抑制作用。RT-qPCR结果证明,野生型菌株和突变子MS脂肽提取物能抑制微菌核形成相关基因的表达,而突变子MF丧失了对微菌核形成相关基因表达的抑制作用。以上结果证明,fengycin在NCD-2菌株抑制大丽轮枝菌孢子萌发和微菌核形成中发挥主要作用。     

脂肽类抗生素fengycin对大丽轮枝菌孢子萌发和微菌核形成的影响

 枯草芽胞杆菌NCD-2菌株能够产生脂肽类抗生素fengycin和surfactin。本研究分别比较了NCD-2野生型菌株、丧失fengycin合成的突变子MF和丧失surfactin合成的突变子MS对大丽轮枝菌的抑菌活性。结果表明,NCD-2菌株和突变子MS周围能形成清晰的透明圈,而突变子MF周围透明圈模糊,说明fengycin对大丽轮枝菌具有抑菌活性。不同浓度的脂肽提取物对大丽轮枝菌孢子萌发的抑制试验表明,NCD-2野生型菌株的脂肽提取物能抑制大丽轮枝菌孢子萌发,在0.1 mg·mL^-1浓度下对孢子萌发的抑制率为46.30%,且随着脂肽浓度的提高抑制效果更加明显;同野生型菌株相比,突变子MF脂肽提取物显著降低了对大丽轮枝菌孢子萌发的抑制效果,在0.1 mg·mL^-1浓度下对孢子萌发的抑制率仅为18.48%,而突变子MS的脂肽提取物对大丽轮枝菌孢子萌发抑制效果与野生型菌株没有显著差异。通过测试脂肽提取物对微菌核形成的影响,发现野生型菌株和突变子MS脂肽提取物均能够显著抑制微菌核的形成,而突变子MF几乎丧失了对微菌核形成的抑制作用。RT-qPCR结果证明,野生型菌株和突变子MS脂肽提取物能抑制微菌核形成相关基因的表达,而突变子MF丧失了对微菌核形成相关基因表达的抑制作用。以上结果证明,fengycin在NCD-2菌株抑制大丽轮枝菌孢子萌发和微菌核形成中发挥主要作用。     

ywbB基因对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株生物膜形成和根际定殖能力的影响

为明确枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis NCD-2菌株生物膜形成相关基因及其在生物膜形成、根际定殖中的作用,采用转座子插入技术,从4000余株NCD-2突变子中获得6株生物膜形成能力降低的突变子。在生物膜形成能力丧失的突变子M3中,转座子以单拷贝的形式插入到ywbB基因内部。通过基因同源重组技术对ywbB基因进行缺失突变,获得ywbB基因缺失突变菌株NCD-2(ΔywbB),与野生菌株相比,突变子丧失了生物膜形成能力。进一步比较发现,突变菌株NCD-2(ΔywbB)显著降低了在棉花根际的群体数量,同时也降低了对棉花立枯病的防治效果。研究证明,ywbB是NCD-2菌株生物膜形成途径中的重要基因,且生物膜形成与NCD-2菌株根际定殖和生防效果呈正相关。     

不同碳氮源对枯草芽胞杆菌BAB-1产抗菌脂肽的影响

枯草芽胞杆菌BAB-1是一株对设施蔬菜气传病害具有较好防治效果的生防菌,前期研究表明脂肽类抗生素是其产生的主要抑菌物质之一。为提高菌株BAB-1脂肽类抗菌物质的产量,本研究通过快速蛋白液相层析（Fast protein liquid chromatography,FPLC）分析了5种碳源及5种氮源对菌株BAB-1脂肽类抗菌物质产量的影响,进一步采用溶血圈试验及排油圈法测定粗脂肽的性质。结果表明,熊果苷是BAB-1菌株产生surfactin的最佳碳源,其surfactin产量分别是葡萄糖、D-木糖、D-核糖及L-阿拉伯糖的2.95、7.01、4.26及5.60倍,此时菌株BAB-1粗脂肽的溶血活性与排油能力最强;熊果苷与葡萄糖利于该菌株产生fengycin,二者的fengycin产量没有显著差异,但显著高于D-木糖、D-核糖及L-阿拉伯糖。L-天冬酰胺与L-谷氨酸钠是菌株BAB-1产生抗菌脂肽的良好氮源,二者的surfactin与fengycin产量没有显著差异,但显著高于L-半胱氨酸、L-脯氨酸及L-谷氨酰胺,以这2种物质为氮源时菌株BAB-1粗脂肽的溶血活性与排油能力均较强。通过RT-qPCR技术分析了不同碳源对surfactin合成酶基因srfAA表达的影响结果表明,以熊果苷为碳源时,菌株BAB-1中srfAA基因的表达量相比葡萄糖提高了2.9倍。上述结果为菌株BAB-1产抗菌脂肽类物质发酵工艺的优化及其工业化生产提供了一定的理论支持。     

L-脯氨酸对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株生物膜形成的影响

 枯草芽胞杆菌 NCD-2菌株在棉花品种‘冀棉11'根际的定殖能力与其根系分泌物中的L-脯氨酸相关。本研究通过外源添加L-脯氨酸评价其对NCD-2菌株生长量和生物膜形成的影响。结果表明,在MSgg培养基中添加L-脯氨酸培养48 h后对菌株生长不存在显著影响。采用称重法测定生物膜的湿重和干重,结果表明在MSgg培养基添加L-脯氨酸显著增加了生物膜产量,且生物膜的褶皱程度和立体结构变得更为明显。采用结晶紫染色法进行生物膜的定量测定发现,浓度为1.250～10.000 mg·mL^-1的L-脯氨酸可以显著提高菌株生物膜形成能力,而低浓度0.625 mg·mL^-1 的L-脯氨酸对生物膜形成无影响。通过RT-qPCR检测了NCD-2菌株生物膜形成相关基因tasA和epsA表达量的变化,结果表明,添加上述不同浓度L-脯氨酸能够显著提高tasA基因表达量,提高了2.53~9.98倍。除了浓度为0.625 mg·mL^-1 L-脯氨酸可提高epsA基因表达外,其他浓度没有显著改变epsA基因的表达,而且epsA基因表达量低于tasA基因。综合分析表明,L-脯氨酸促进NCD-2菌株生物膜形成不是通过改变菌株生长量,而是诱导tasA基因的表达产生更多的胞外蛋白TasA。     

脂肽类抗生素fengycin在枯草芽胞杆菌NCD-2菌株抑制番茄灰霉病菌中的功能分析

 枯草芽胞杆菌NCD-2菌株及其无细胞发酵液对多种植物病原真菌具有较强的拮抗活性。为了明确NCD-2菌株抑菌作用机理,本研究利用快速蛋白液相色谱技术(FPLC)结合抑菌活性测定,对NCD-2菌株的脂肽类抑菌物质进行分离、纯化,经质谱鉴定,该抑菌物质为芬荠素(fengycin)。从NCD-2菌株中克隆出fengycin合成酶基因fenC及其上游启动子序列,通过同源重组技术对fenC基因进行了内缺失突变,同NCD-2野生型菌株相比,fenC基因缺失突变子丧失了fengycin的合成能力,同时该突变子显著降低了对番茄灰霉病菌的拮抗活性。进一步在离体叶片上比较了NCD-2野生型菌株和突变子之间脂肽提取物和菌体细胞对番茄灰霉病的保护作用,结果发现,突变子不论是脂肽提取物还是菌体细胞显著降低了对番茄灰霉病的防治作用。     

棉花根系分泌物对枯草芽胞杆菌NCD-2菌株趋化性的影响

 枯草芽胞杆菌NCD-2菌株在不同棉花品种根际定殖能力表现不同,在感黄萎病品种冀棉11根际的定殖能力最强,而在耐病品种中棉所41根际的定殖能力最弱。本研究收集了5个不同棉花品种的根系分泌物,测定了NCD-2菌株对根系分泌物的趋化作用,结果表明NCD-2菌株对冀棉11根系分泌物的趋化作用最强,而对中棉所41根系分泌物的趋化作用最差。通过柱前衍生高效液相色谱法(AccQ-Tag-HPLC)测定了根系分泌物中氨基酸的成分及含量,结果表明不同氨基酸在不同棉花品种中含量不同。冀棉11的根系分泌物中氨基酸种类最多,可达17种。在中棉所41的根系分泌物中氨基酸种类最少且大多数氨基酸含量均为最低。测定了NCD-2菌株对14种氨基酸标准品的趋化性,结果表明NCD-2菌株对精氨酸(Arg)、丙氨酸(Ala)和赖氨酸(Lys)趋化性最强,但对甘氨酸(Gly)呈现负趋化性。RT-qPCR试验表明冀棉11的根系分泌物可提高cheA和cheD基因在NCD-2菌株中的表达量。室内防治试验表明,NCD-2菌株对冀棉11黄萎病的防效最好,防治效果可达到66.68%。本研究明确了棉花根系分泌物中氨基酸对NCD-2菌株趋化性的影响,该菌株在棉花根际定殖能力与棉花根系分泌物中氨基酸对本菌株的趋化性相一致。     

枯草芽胞杆菌HMB19198菌株抑菌物质的鉴定及其对番茄灰霉病的防治

 设施番茄灰霉病发生频繁,易产生抗药性,利用微生物杀菌剂防治番茄灰霉病是切实可行且对环境友好的措施之一。本研究通过抑菌活性测定和田间棚室试验,获得一株有效防治番茄灰霉病的生防细菌HMB19198,通过16S rDNA联合gyrA、gyrB、rpoB和rpoC等看家基因序列比对将菌株HMB19198鉴定为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)。对峙培养结果表明,菌株HMB19198的脂肽提取物对灰霉菌表现较强的抑菌活性,通过色谱分离技术结合质谱分析,证明菌株HMB19198主要产生脂肽类抗生素丰原素(fengycin)和表面活性素surfactin,其中fengycin包含fengycin A(C15-C18)和fengycin C(C19-C20)两种同系物。抑菌活性测定表明,fengycin对灰霉菌表现较强的抑菌活性,显微观察发现,fengycin处理后造成灰霉菌菌丝畸形。通过对菌株HMB19198全基因组序列进行分析,获得fengycin合成酶基因簇,从基因水平证明菌株HMB19198可以产生fengycin。     

棉花根系分泌物对枯草芽胞杆菌NCD-2生物膜形成和根际定殖的影响

 为明确棉花根系分泌物对生防枯草芽胞杆菌NCD-2生物膜形成的影响,本研究首先比较了菌株NCD-2在不同棉花品种(冀棉11、中棉所41、中植棉2号、鲁棉29和海岛棉Pima90)根际的定殖能力。结果表明,菌株NCD-2在Pima90的根际定殖能力最强,播种35 d后在根际的群体数量达到7.63×10⁵ CFU·g^-1根重;而在中植棉2号的根际定殖能力最弱,播种35 d后根际菌株NCD-2的群体数量为6.51×10⁴ CFU·g^-1根重。通过再循环水培系统收集根系分泌物的方法获得了不同棉花品种的根系分泌物,测定了其对菌株NCD-2生物膜形成的影响。结果表明,海岛棉Pima90的根系分泌物对该菌株生物膜形成的促进作用最强,而中植棉2号的根系分泌物对菌株NCD-2生物膜形成影响最弱。进一步分析了棉花根系分泌物中6种糖分和13种氨基酸对菌株NCD-2生物膜形成的影响,结果发现,葡聚糖和脯氨酸显著促进了该菌株的生物膜形成。     

枯草芽胞杆菌YB-05对小麦全蚀病菌胞内酶活的影响

小麦全蚀病菌是影响小麦产量和质量的主要致病菌之一,前期研究表明枯草芽胞杆菌YB-05对小麦全蚀病菌的生长具有抑制作用。本试验拟通过研究该菌对小麦全蚀病菌相关酶系的诱导变化情况,解析其对小麦全蚀病菌的抑制作用机理。本试验以小麦全蚀病菌Gaeumannomyces gramini（Sacc.）Arx et Oliver var. tritici（Sacc.）Walker为靶标菌,加入终浓度为MIC₅₀枯草芽胞杆菌YB-05发酵液,通过显微镜观察菌株YB-05发酵液对小麦全蚀病菌菌丝结构和形态的影响,通过酶活力测定检测菌株YB-05发酵液对小麦全蚀病菌胞内苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）和超氧化物歧化酶（SOD）防御酶活的影响,同时检测菌株YB-05发酵液在离体/活体条件下对小麦全蚀病菌线粒体复合酶Ⅱ/Ⅲ活力的影响。小麦全蚀病菌经菌株YB-05发酵液处理后,显微镜观察到其菌丝变粗、断裂,顶端膨大,分枝增多;处理8 d后,胞内的PAL、POD、CAT、PPO和SOD活性比对照依次高24.52%、72.67%、81.81%、80.36%和112.48%;离体条件处理,线粒体复合酶Ⅱ和Ⅲ的活性与对照组相比差异不显著,而活体条件处理下差异显著,线粒体复合酶Ⅱ和Ⅲ分别比对照组分别降低43.95%和55.87%。菌株YB-05发酵液通过结合小麦全蚀病菌线粒体复合酶Ⅱ和Ⅲ的相关基因,从而影响该基因的表达,抑制小麦全蚀病菌线粒体复合酶Ⅱ和Ⅲ的活力,影响小麦全蚀病菌的呼吸,进而导致抑制小麦全蚀病菌菌丝畸变,从而影响小麦全蚀病菌的正常生长。