番茄根瘤菌通过代谢产物发挥杀线虫作用，对抗根结线虫（Meloidogyne incognita）

《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Metabolite-mediated nematicidal activity of tomato rhizobacteria against the root-knot nematode, Meloidogyne incognita

根结线虫（Meloidogyne incognita）是威胁番茄生产的重大生物威胁，本研究从印度泰米尔纳德邦番茄种植区的根际土壤中分离出产挥发性化合物的芽孢杆菌（Bacillus tequilensis）TRRB-2，其胞外培养液含5,6-癸二醇等7种生物分子，其中5,6-癸二醇通过抑制线虫关键酶（如Vitellogenin、PDI等）展现强效杀线虫活性，温室和田间试验显示其可减少线虫种群70%并促进番茄生长60%以上。

　　

迪克沙娜·T | 德夫拉詹·K | 普拉布胡·S | 沙安德普·S·G | 阿伦·A | 坦加马尼·C | 马鲁塔萨拉姆·S | 波尔尼亚马尔·R | 哈兰·M·S·R

印度泰米尔纳德邦农业大学植物保护研究中心线虫学系，劳利路，哥印拜陀641 003

摘要

根结线虫Meloidogyne incognita对全球番茄生产构成了严重威胁，导致产量大幅下降和经济损失。本研究重点从印度泰米尔纳德邦的主要番茄种植区分离出具有杀线虫活性的根际细菌，结果显示，在分离出的细菌群落中，Bacillus tequilensis分离株TRRB-2对M. incognita的卵孵化和幼虫死亡率具有100%的抑制作用。通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析B. tequilensis分离株TRRB-2的无细胞培养上清液（CFS），发现了5,6-癸二醇、E-15-十七烯醛、1,2-苯二甲酸、二甲基棕榈胺、2',4'-二羟基乙酰苯酮、4,7-乙酰异苯呋喃和1,2-苯二醇等独特生物分子。分子对接研究显示，这些生物分子中的5,6-癸二醇对M. incognita的卵黄生成蛋白（Vitellogenin）、SXP/RAL-2、ODR-3、铁蛋白（Ferritin）、乙酰胆碱酯酶（Acetylcholinesterase）和蛋白二硫键异构酶（Protein Disulfide Isomerase，PDI）具有强烈的结合亲和力。此外，在温室条件下，B. tequilensis分离株TRRB-2使线虫数量减少了75.35%，同时植物的整体生长参数增加了82%。田间试验结果表明，用B. tequilensis分离株TRRB-2处理土壤后，M. incognita在土壤和根部的数量减少了70%，植物的整体生长参数也比对照组提高了60%。总体而言，本研究强调了根际分离出的B. tequilensis分离株TRRB-2在成功控制M. incognita方面的作用。

引言

番茄（Solanum lycopersicum L.）在全球蔬菜作物中位居前列，无论是种植面积、产量还是市场价值及消费量都名列前茅。除了其美味的口感外，番茄还富含多种有益健康的化合物，包括酚酸、黄酮类、类胡萝卜素（如番茄红素和α-及β-胡萝卜素）、维生素（如抗坏血酸和维生素A）以及糖苷生物碱（如番茄碱）。这些成分具有多种生物活性，可作为抗氧化剂、抗突变剂、抗炎剂和抗动脉粥样硬化剂（Kumar等人，2022年）。根据联合国粮农组织（FAO，2023年）的数据，全球番茄产量已达到约1.87亿吨，过去十年平均每年增长300万吨。

番茄种植面临多种生物和非生物胁迫，其中土传病害是主要的限制因素，因为它们对产量影响显著。植物寄生线虫（PPNs）会造成严重的作物损害，估计每年造成的损失达1730亿美元（Kantor等人，2022年）。在各种PPNs中，根结线虫（RKNs）被认为是番茄生产的主要限制因素，导致11-35%的经济损失（Barbary等人，2015年；Shilpa等人，2022年；Kumar等人，2020年）。根结线虫是专性定居的内寄生虫，其第二期幼虫（J₂）从卵中孵化后侵入根部并迁移到维管柱，引发生理变化，形成称为“巨细胞”的特殊吸收结构。这最终导致根瘤的形成，干扰养分和水分的吸收，从而引起生长受阻、萎蔫和产量下降。它们与其他土传病原体的相互作用会加剧病害，进一步加重产量损失（Khan等人，2023年）。

PPNs的管理主要依赖于合成杀线虫剂，但由于这些杀线虫剂的毒性和长期的环境残留，会破坏土壤微生物群落，降低土壤健康和生产力，因此迫切需要采用新的环保且有效的替代策略来成功管理PPNs。生物控制方法因其在作用机制上的多样性（如抗菌作用、竞争性相互作用以及产生多种次生代谢物）而受到关注，这些次生代谢物已被证明能够干扰线虫的生理活动（K?hl等人，2019年）。某些细菌种类（如Pseudomonas属和Bacillus属）能产生水解酶、毒素和抗生素，干扰线虫的生存和繁殖（Vasantha-Srinivasan等人，2025年）。某些细菌（如Serratia属）通过降解线虫卵和幼虫发挥杀线虫作用，而Pasteuria penetrans则通过破坏线虫的生活周期来寄生线虫（Mhatre等人，2020年）。

促进植物生长的根际细菌（PGPR）在可持续农业中发挥着重要作用，能够增强植物健康并减少对化学杀线虫剂的依赖。一些PGPR菌株能够诱导系统抗性，从而增强植物对PPNs的先天免疫力（Aioub等人，2022年）。尽管这些拮抗微生物具有潜力，但其效果可能受到土壤类型、温度和湿度等环境因素的影响，这可能会限制其在田间条件下的稳定性。PGPR活性的关键机制是合成生物活性分子，这些分子因其低毒性、可生物降解性和对生态系统的影响较小而成为合成杀线虫剂的环保替代品（Ayilara等人，2023年）。这些化合物不仅减少了土壤和水污染，还降低了农产品中有毒残留物的风险。

近年来，计算机模拟分析已成为补充代谢组学研究的强大工具，通过预测生物活性代谢物与线虫靶蛋白之间的相互作用，从而提供关于其杀线虫活性的机制见解（Diab等人，2024年）。对接分析通过将代谢物谱与对线虫生理的潜在抑制作用联系起来，增强了实验结果的解释力，例如干扰对发育和繁殖至关重要的酶。

然而，关于根际细菌对M. incognita活性的代谢组学基础的研究仍然有限。为填补这一空白，本研究旨在探索与番茄生态系统相关的可培养根际细菌的多样性，并通过综合方法（主要是代谢组学分析和基于生物信息学的分子对接分析）评估其抗线虫特性。在温室实验中使用了Bacillus tequilensis的无细胞上清液来研究细菌代谢物在受控条件下的效果，而田间实验则使用了不同稀释度的活细菌培养物，以实现根部定殖、持续代谢物产生，并评估自然田间条件下的剂量依赖性效果。这些方法为细菌代谢物对M. incognita的作用机制提供了见解，有助于开发可持续的番茄种植管理策略。

线虫培养维护

从印度泰米尔纳德邦哥印拜陀地区的多个番茄种植区收集了感染根结线虫的番茄根系，包括Madampatti（10.9698° N, 76.8598° E）、Telungupalayam（10.9935° N, 76.9276° E）、Kuppanur（10.9478° N, 76.8627° E）和Thondamuthur（10.9899° N, 76.8409° E）。将受感染的根系彻底冲洗干净以去除土壤残渣，然后小心收集卵块并在室温（26 ± 2°C，80%相对湿度）下培养。

与番茄相关的线虫物种的形态学和分子鉴定

雌性线虫的后部角质层具有明显的背弓和光滑或略微波状的条纹图案。侧缘通常清晰可见，尾部末端呈圆形或略微尖细，这确认了该物种为M. incognita。从M. incognita的不同生命阶段扩增的18s rRNA区域约为560 bp片段，BLAST分析结果显示与M. incognita参考序列的相似度达到99%。

讨论

根结线虫M. incognita被认为是全球最具破坏性的植物寄生线虫之一（Swe等人，2024年）。M. incognita的寄生作用受到其分泌的效应蛋白的显著影响，这些效应蛋白会改变宿主植物细胞，从而促进感染和取食部位的形成。因此，我们的研究重点是通过根际细菌衍生的生物分子来抑制这些效应蛋白。此外，合成杀线虫剂也被发现具有有效性。

结论

本研究强调了根际细菌在抑制M. incognita方面的作用。B. tequilensis分离株TRRB-2在体外、体内和田间试验中均表现出显著的抗线虫效果。除了其杀线虫活性外，它还通过改善关键生理参数和减少土壤及根系中的线虫数量显著促进了番茄植株的生长。此外，全面的分子对接研究揭示了其作用机制。

作者贡献声明

S Maruthasalam：资源提供。 Thangamani C：资源提供。 Arun A：写作、审稿与编辑、软件使用。 MSR Haran：软件使用。 R Poorniammal：资源提供。 Shandeep S G：写作、审稿与编辑、软件使用、方法论、概念构思。 Prabhu S：软件使用、方法论。 Devrajan K：写作、审稿与编辑、可视化、监督、概念构思。 Deeikshana T：原始草稿撰写、验证、软件使用、方法论。

未引用参考文献

Gamalero和Glick，2020年；Hassan等人，2021年。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究未获得任何公共、商业或非营利性资助机构的资金支持。

竞争利益声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢泰米尔纳德邦农业大学线虫学系、Caspber Global Agro Private Limited（班加罗尔）以及印度政府科技部资助的FIST项目，感谢他们为实验提供了必要的设施和支持。