假單胞菌抗生素的生物學(xué)功能與應(yīng)用,植物保護論文假單胞菌Pseudomonas從屬g?變形菌綱。該屬成員諸多，據(jù)2021年8月原核生物名錄〔listofprokaryoticnameswithstandinginnomenclature,LPSN〕頒布，該屬列出了223個種和18個亞種，仍有數(shù)10個種待確認(rèn)。假單胞菌適生范圍廣，可代謝大量不同的環(huán)境底物，并產(chǎn)生多種多樣的次生代謝物[1].比擬基因組學(xué)研究表示清楚，假單胞菌屬菌株的基因組大小一般在6~7Mbp,遠大于自然環(huán)境中其他常見的革蘭氏陰性細菌[2,3].豐富的基因組DNA資源可能是該屬細菌廣泛適應(yīng)各種環(huán)境條件的基礎(chǔ)。如銅綠假單胞菌P.aeruginosa可侵染哺乳動物，是臨床中常見的人類時機性病原菌；丁香假單胞P.syringae侵染多種植物，造成壞死性斑點病害。除此以外，還有大量假單胞菌存在于土壤、水體、動植物外表/內(nèi)部營非寄生生活。這些假單胞菌在自然環(huán)境和生態(tài)平衡中起到重要的作用[4].華而不實，以熒光假單胞菌P.fluorescens為代表的一些菌株具有抑制植物病原微生物，減輕病原菌對植物造成危害的能力。部分菌株已商業(yè)化應(yīng)用于農(nóng)作物病害的生物防治[5].高效的生防假單胞菌往往具備一些共性特征，如能大量定殖于植物外表，尤其是病原菌的侵染位點；產(chǎn)生和分泌不利于病原菌的抗生素；誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性等[4].大量產(chǎn)生抗生素是假單胞生防菌的一個重要特點，而且抗生素的構(gòu)造、作用機制、生物合成及調(diào)控等理論研究也較為深切進入，部分抗生素已在人類醫(yī)學(xué)和農(nóng)用殺菌劑領(lǐng)域得到商業(yè)化應(yīng)用。1假單胞菌抗生素的類型及抑菌機制假單胞菌合成大量不同構(gòu)造的抗生素，主要包括2,4?二乙?；g苯三酚、吩嗪、硝吡咯菌素、根菌素、假單胞菌酸等〔圖1〕，下面介紹假單胞菌常見抗生素的類型和作用機制：1.12,4-二乙?；g苯三酚2,4?二乙酰基間苯三酚〔2,4?diacetylphloroglucinol,DAPG〕〔圖1A〕是聚酮類化合物，具有抗細菌、真菌、卵菌和線蟲等廣譜活性。這種抗生素主要由熒光假單胞菌產(chǎn)生，生物合成經(jīng)過中同時產(chǎn)生間苯三酚〔phloroglucinol,PG〕和單乙?；g苯三酚〔monoacetylphloroglucinol,MAPG〕。除此之外，附生于蠑螈皮膚上的膠狀溶桿菌Lysobactergummosus可以產(chǎn)生DAPG[6].以產(chǎn)生DAPG作為主要機制的生防假單胞菌可有效防治小麥全蝕病Gaeumannomycesgraminis、煙草黑根腐病Thielaviopsisbasicola、甜菜根腐病Pythiumultimum、番茄細菌性青枯病Ralstoniansolanacearum等多種土傳病害[7-9].DAPG的作用機制已有長期研究，它能毀壞病原菌的質(zhì)膜，抑制卵菌游動孢子的游動和菌絲生長[10],在高濃度下對植物也有毒性[11].近年來以釀酒酵母Saccharomycescerevisiae為靶標(biāo)進行了DAPG作用機制的遺傳學(xué)和生理學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)DAPG主要作用靶標(biāo)是線粒體。它作為質(zhì)子載體〔protonionophore〕，消除線粒體膜上的跨膜質(zhì)子梯度，導(dǎo)致細胞呼吸與ATP的合成解偶聯(lián)，進而抑制細胞生長[12,13].1.2吩嗪吩嗪〔phenazine〕〔圖1B〕類抗生素是一類含氮雜環(huán)化合物，常呈黃色，除具有抗微生物活性外，還有抗腫瘤、抗寄生蟲等活性。哺乳動物病原假單胞菌和植物病害的生防假單胞菌都可產(chǎn)生吩嗪抗生素，分別在致病性和生防機制中發(fā)揮重要作用。吩嗪衍生物很多[14],例如綠針假單胞菌P.chlororaphis30?84可產(chǎn)生3種吩嗪類抗生素phenazine?1?carboxylicacid〔PCA〕、2?hydroxy?phenazine?1?carboxylicacid〔2OH?PCA〕和2?hydroxy?phenazine〔2OHPZ〕[15],另一個綠針假單胞菌株P(guān)CL1391可產(chǎn)生PCA和phenazine?1?carboxamide〔PCN〕[16].銅綠假單胞菌P.aeruginosa產(chǎn)生的綠膿菌素〔pyocyanin,5?N?methyl?1?hydroxyphenazine,PYO〕在細菌的毒性、電子傳遞、厭氧生存等方面起到重要作用，也是吩嗪衍生物[17].除假單胞菌外，伯克霍爾德氏菌Burkholderia、歐文氏菌Erwinia、泛菌Pantoea、溶桿菌Lysobacter、鏈霉菌Streptomycin等屬的細菌可以產(chǎn)生。吩嗪類抗生素在生防假單胞菌防治鐮刀菌、腐霉菌等造成的植物土傳病害中起到重要作用[17].吩嗪類化合物抑菌的主要機制是產(chǎn)生活性氧〔reactiveoxygenspecies,ROS〕，其芳香環(huán)構(gòu)造可作為電子的受體或供體，在病原菌或宿主組織中產(chǎn)生ROS,對病原菌造成氧化脅迫[17].1.3硝吡咯菌素硝吡咯菌素〔pyrrolnitrin,Prn〕〔圖1C〕是含有吡咯環(huán)的化合物，20世紀(jì)60年代于假單胞菌中分離得到[18].Prn對多種子囊菌、擔(dān)子菌、半知菌類病原真菌都有強烈的抑菌作用，是假單胞菌防治核盤菌Sclerotiniasclerotiorum引起的菌核病和絲核菌Rhizoctoniasolani根腐病等病害的主要機制[19,20].Prn是真菌呼吸作用電子傳遞鏈末端的抑制劑[21],有研究表示清楚苯基吡咯類抗生素作用于蛋白激酶〔PK?III〕，導(dǎo)致甘油大量合成，胞內(nèi)浸透壓失調(diào)[22],在一些真菌中也表現(xiàn)為抑制真菌的浸透調(diào)節(jié)[23].這一抗生素在人類醫(yī)藥和農(nóng)用殺菌劑領(lǐng)域都有商業(yè)化應(yīng)用[24].1.4根菌素根菌素〔rhizoxin〕〔圖1D〕是16元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，最早發(fā)現(xiàn)于引起水稻苗疫病的病菌小孢根霉Rhizopusmicrosporus,后來研究發(fā)現(xiàn)根菌素并非根霉菌產(chǎn)生，而是共生于根霉細胞內(nèi)的產(chǎn)素伯克霍爾德氏菌Bulkholderiarhizoxinica[25].假單胞菌Pf?5產(chǎn)生一系列根菌素衍生物，并對植物病原灰霉菌Botrytiscinerea和疫霉菌Phytophthoraramorum有不同的抑制作用[26].假單胞菌株Os17產(chǎn)生的根菌素是防治真菌和卵菌病害的重要生防因子[27].根菌素作用于靶細胞的b微管蛋白，抑制有絲分裂紡錘體的構(gòu)成，進而影響細胞分裂[28].根菌素不僅能夠抑制真菌和細菌，還有抗腫瘤的活性，并對多種植物表現(xiàn)出一定的毒性[1].1.5假單胞菌酸假單胞菌酸〔pseudomonicacid〕〔圖1E〕是聚酮類化合物，最早分離自土壤中的熒光假單胞菌株[29],主要抑制革蘭氏陽性細菌，僅有少數(shù)陰性細菌和真菌對其敏感。假單胞菌酸作用于細菌異亮氨酰tRNA合成酶的ATP結(jié)合位點和相應(yīng)的氨基酸結(jié)合位點，抑制異亮氨酰tRNA合成酶的功能，造成細菌蛋白合成受阻，導(dǎo)致生長變慢和細胞死亡[30].產(chǎn)生假單胞菌酸的細菌本身并不遭到抗生素的抑制，主要原因是其本身的異亮氨酰tRNA合成酶構(gòu)造域與敏感菌株不同，與假單胞菌酸的親和性很低[31].1.6其他假單胞菌抗生素藤黃綠膿菌素〔pyoluteorin,Plt〕〔圖1F〕含有氯化修飾的吡咯環(huán)，構(gòu)造上屬于聚酮類化合物。Plt是生防熒光假單胞菌和銅綠假單胞菌中常見的抗生素，對卵菌病害有明顯的防效[32].綠針假單胞菌PCL1606能產(chǎn)生二烷基間苯二酚類抗生素2?己基？5?丙基間苯二酚〔2?hexyl?5?propylresorcinol,HPR〕〔圖1G〕，是防治鱷梨根腐病Dematophoranecatrix的重要機制[33].假單胞菌株AN5產(chǎn)生大量的葡萄糖酸〔圖1H〕，葡糖糖酸對真菌病原有明顯的抑菌作用，并且是菌株AN5防治小麥全蝕病的主要生防機制[34];生防假單胞菌CHA0產(chǎn)生的葡糖糖酸可酸化菌株周圍環(huán)境，并有解磷功能[35].很多假單胞菌產(chǎn)生脂肽類抗生素，如viscosin、viscosinamide、massetolideA等，脂肽對于抑制卵菌病原菌和防治卵菌引起的病害起到重要作用[36,37].氫氰酸〔hydrogencyanide,HCN〕是一種無色的氣態(tài)化合物，假單胞菌產(chǎn)生氫氰酸抑制病原菌細胞色素c氧化酶的活性，阻斷呼吸電子傳遞鏈[1];產(chǎn)生氫氰酸有助于生防假單胞菌防治土傳病害[38].2假單胞菌抗生素的生物學(xué)功能除了作為抑菌物抑制和殺死其他〔病原〕微生物以外，假單胞菌產(chǎn)生的抗生素還具有多種生物學(xué)功能。尤其是在亞抑菌濃度下面，抗生素往往作為信號分子來調(diào)節(jié)基因表示出、調(diào)控微生態(tài)構(gòu)造和功能，以及誘導(dǎo)植物防衛(wèi)反響等。2.1作為調(diào)控信號分子吩嗪本身可以作為胞內(nèi)的信號物質(zhì)調(diào)控細菌的生理變化。銅綠假單胞菌PA01的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PYO誘導(dǎo)51個基因的轉(zhuǎn)錄變