《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Metabolic rewiring and transcriptional interference underlie the biocontrol efficacy of Burkholderia arboris BB417 against Ralstonia solanacearum species complex
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丁善文|张娟|王洋|兰国兵|于琳|唐亚飞|李正刚|郭斌|何子夫|佘晓曼广东省植物保护高新技术重点实验室，广东省农业科学院植物保护研究所，广州510640，中国摘要Ralstonia solanacearum复合群（RSSC）是一种具有高度生态持久性的全球性植物病原体，这使得细菌性
丁善文|张娟|王洋|兰国兵|于琳|唐亚飞|李正刚|郭斌|何子夫|佘晓曼
广东省植物保护高新技术重点实验室，广东省农业科学院植物保护研究所，广州510640，中国
摘要
Ralstonia solanacearum复合群（RSSC）是一种具有高度生态持久性的全球性植物病原体，这使得细菌性萎蔫病的管理成为长期存在的挑战。在这项研究中，我们发现Burkholderia arboris BB417是一种有效的生物防治剂，并系统地阐明了其对抗RSSC的多层拮抗机制。BB417对多种RSSC菌株表现出广谱抑制作用，在10天的观察期内其控制效果可与化学农药相媲美，同时通过固氮、磷酸盐溶解和吲哚-3-乙酸的产生促进植物生长。基因组学、转录组学和代谢组学分析表明，BB417对RSSC施加了强烈的营养竞争和抗菌压力，引发了RSSC的广泛代谢重编程。作为应对策略，病原体上调了与运动相关的基因，同时其氮代谢、硫代谢、膜完整性和能量稳态也受到了干扰。L-谷氨酸作为一个核心的代谢和信号节点，整合了ABC转运蛋白、双组分系统以及氮-能量耦合途径。BB417的这种作用使RSSC的资源从致病性转向了抗性。相反，外源补充L-谷氨酸增强了RSSC对BB417的抗性，进一步验证了L-谷氨酸在介导生物防治剂与病原体相互作用中的关键作用。总体而言，本研究提供了关于病原体-生物防治相互作用的机制见解，并强调了BB417作为可持续细菌性萎蔫病管理资源的潜力。
引言
细菌性萎蔫病是一种由Ralstonia solanacearum复合群（RSSC）引起的全球性土壤传播的维管系统疾病，影响了86个植物科中的500多种植物，包括番茄、土豆、烟草、花生和桉树等经济作物（Lowe-Power等人，2024年；Mansfield等人，2012年）。自1864年首次在印度尼西亚记录以来，该病原体已在热带、亚热带和某些温带地区几乎全球范围内传播，在中国南部的潮湿高温地区尤为严重（Jiang等人，2017年）。RSSC通过自然开口或伤口侵入宿主维管组织，随后通过分泌胞外多糖（EPS）阻塞木质部导管、产生降解植物细胞壁的果胶酶和纤维素酶，并通过phcA介导的网络调节致病性（An和Zhang，2024年；Hikichi等人，2007年；Poueymiro和Genin，2009年）来引发萎蔫。尽管评估RSSC造成的全球经济损失仍然具有挑战性，但其广泛的宿主范围和广泛的地理分布使其成为一种极具破坏性的病原体。仅在土豆生产中，每年的损失估计就超过10亿美元（Mansfield等人，2012年）。
细菌性萎蔫病的管理受到三个主要科学挑战的制约。首先，该病原体表现出显著的遗传多样性和致病性差异，包括四个表型（I–IV）、五个生理小种（1–5）以及七十多个序列变异体（Ding等人，2024年；Sharma等人，2022b）。现有抗性品种的区域适应性和环境敏感性不佳——例如Hawaii 7996在实现广谱、持久抗性方面的局限性（Lebeau等人，2010年）。第三，虽然化学处理可以提供短期抑制效果，但其长期有效性受到病原体抗性逐渐出现和长期使用化学物质带来的生态风险累积的削弱（Yuliar等人，2015年）。鉴于这些限制，生物防治代表了一个非常有前景的替代方案，具有较高的环境兼容性和较低的促进抗性发展的可能性（C?rtes等人，2021年）。当前的研究优先考虑Bacillus和Pseudomonas属等微生物作为主要的生物防治资源（Etesami等人，2023年）。然而，现有的生物防治剂在田间表现不稳定，机制范围有限，商业化途径也不完善。因此，继续探索新的生物防治资源和机制，以及阐明协同抑制作用，对于开发具有持久生物防治效果和建立稳健商业应用的下一代解决方案至关重要。
Burkholderia属的成员是著名的内生定植菌，表现出显著的生态可塑性，并与植物、真菌、动物和人类建立多种共生关系（Eberl和Vandamme，2016年）。这些细菌具有多态的栖息地偏好，从植物的叶圈和根际到脊椎动物的呼吸系统都有分布，并且可以在土壤和水生环境中独立生存（Depoorter等人，2016年）。作为多功能的生物防治剂，Burkholderia属菌株采用多种拮抗策略，包括铁载体生物合成（Pandey等人，2019年）、挥发性有机化合物的产生（Liu等人，2020年）和抗菌代谢产物的生产（Mendes等人，2007年）。例如，B. gladioli KRS027通过可溶性和挥发性分泌物表现出广谱抗真菌活性，同时通过水杨酸、茉莉酸和乙烯依赖的信号通路诱导系统抗性（Wang等人，2023a）。同样，B. ambifaria XN08合成吡咯硝胺——一种对Rhizoctonia zeae具有强抗性的化合物——同时表现出磷酸盐溶解、吲哚-3-乙酸（IAA）生物合成、蛋白酶分泌和铁载体生产，证明了其作为生物防治剂的有效性（An等人，2022年）。除了抑制病原体外，多种Burkholderia菌株还表现出显著的促进植物生长的特性。B. ambifaria Mex-5和B. caribensis XV在养分贫瘠的土壤中显著增强了谷物苋菜的生物量积累和种子产量（Parra-Cota等人，2014年），而Burkholderia sp. AU4i通过增加侧根形成和提升地上/地下生物量促进了Arabidopsis thaliana的生长（Colavolpe等人，2021年）。尽管有大量证据支持Burkholderia的抗真菌效果，但其通过产生抗菌代谢产物或竞争性生态位排斥来抑制细菌性植物病原体的能力仍需进一步探索。
对高毒性化学剂的过度依赖加剧了细菌性萎蔫病的控制问题，尤其是在长期接触化学物质的地区，这导致了病原体的广泛抗性。因此，寻找环境可持续的生物防治菌株已成为多样化细菌性萎蔫病管理策略的重要方向。为了扩大抗Ralstonia生物防治资源的范围并阐明其作用机制，我们分离出了B. arboris BB417，这是一种对RSSC具有强拮抗活性的根际细菌。通过多组学分析研究其对病原体生长、致病性表达、内生定植能力和分子相互作用的影响，我们为其抑制活性提供了初步的机制框架。这项工作为发现新的次级代谢产物和开发有效的生物防治菌株提供了有希望的途径，从而丰富了针对细菌性萎蔫病的植物保护策略。
章节片段
BB417对RSSC的拮抗活性和控制效果
由于RSSC对农业的影响、广泛的宿主范围和在环境中的长期存在，它已成为研究植物病原菌的著名模型（Vailleau和Genin，2023年）。在我们之前的研究中，为了筛选潜在的RSSC生物防治剂，我们从中国广东省的各种植物物种中收集了根际土壤和植物样本。采用逐步稀释法，我们
讨论
为了减轻各种作物中的植物病害和害虫，农业生产中通常使用传统的化学控制方法。尽管这种方法见效快且成本低廉，但长期和过度使用化学控制会对生态环境造成损害。为应对这一挑战，以根际微生物为中心的生物控制策略在农业生产中越来越受欢迎，同时也在筛选各种优秀的
结论
从松树根际分离出了B. arboris BB417。该菌株对RSSC表现出广谱拮抗活性，在温室条件下的控制效果可与化学农药相媲美。BB417表现出多种功能特性，包括根际特异性定植和促进植物生长。基因组分析揭示了丰富的次级代谢产物基因簇和代谢途径
菌株
BB417是从中国广东省梅州市的松树根际分离出来的，而参考菌株B. arboris CCUG54561T是从宁波明州生物技术有限公司获得的。这两种菌株通过在LB琼脂平板上划线接种进行活化。分离出的菌落被转移到含有5 mL LB液体培养基的试管中，在30°C和180 rpm下培养24小时以生成初级培养物。随后，将1.5 mL的这些种子培养物接种到
CRediT作者贡献声明
丁善文：撰写——原始草稿、资源、方法学、调查、正式分析、概念化。张娟：撰写——原始草稿、资源、方法学。王洋：方法学、验证。兰国兵：资源、调查。于琳：资源、调查。唐亚飞：方法学、调查。李正刚：可视化、验证、监督。郭斌：验证、监督。何子夫：撰写——审阅与编辑、可视化、方法学、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢以下机构的财政支持：广东省农业科学院支持的科技创新专项，用于建设强农业省（QSJS202628）、广东省蔬菜产业技术系统创新团队（2024CXTD08）、国家自然科学基金（32502457）以及青年
