微生物学报

Cluster ID	Type	Gene-start	Gene-end	Most similar known cluster	Similarity (%)
Cluster 1	Lassopeptide	165 128	187 685	Citrulassin D	100
Cluster 2	Butyrolactone	429 595	438 519	Lactonamycin	5
Cluster 3	Furan, butyrolactone	1 268 608	1 289 543	Methylenomycin A	23
Cluster 4	Terpene	1 538 646	1 562 978	Isorenieratene	100
Cluster 5	Terpene	1 704 463	1 720 539	Albaflavenone	100
Cluster 6	Siderophore	2 285 082	2 296 122
Cluster 7	RiPP-like	2 497 142	2 508 304	Sisomicin	5
Cluster 8	Terpene	2 536 842	2 557 166	Geosmin	100
Cluster 9	Siderophore	2 738 488	2 751 614	Lividomycin	10
Cluster 10	NRPS	2 754 966	2 870 938	CDA1	87
Cluster 11	Terpene	3 323 316	3 349 246	Hopene	92
Cluster 12	Terpene	3 660 664	3 680 719	Cyphomycin	2
Cluster 13	RiPP-like	3 706 885	3 734 083	Informatipeptin	100
Cluster 14	Indole	3 976 746	3 997 930	7-prenylisatin	60
Cluster 15	NRPS, T1PKS, LAP	4 068 537	4 135 926	Antimycin	100
Cluster 16	Terpene	4 289 115	4 310 158	Phenalinolactone A	11
Cluster 17	NRPS	111 367	157 428	Kutzneride 2	6
Cluster 18	NRPS	236 152	304 654	A54145	11
Cluster 19	T1PKS, NRPS	335 246	386 430	5-isoprenylindole-3-carboxylate-β-d-glycosyl ester	19
Cluster 20	NRPS, T1PKS	433 129	482 411	FR-900520	9
Cluster 21	Melanin	652 633	662 301	Melanin	57
Cluster 22	NRPS	885 604	943 293	Amychelin	81
Cluster 23	Terpene	1 116 505	1 137 120	A201a	5
Cluster 24	T3PKS	1 178 015	1 217 185	Herboxidiene	7
Cluster 25	Ectoine	1 914 568	1 924 966	Ectoine	100
Cluster 26	T1PKS, NRPS, T2PKS	2 427 627	2 522 416	Rubromycin (collinomycin)	96
Cluster 27	Terpene	2 666 644	2 687 543	SCO-2138	21
Cluster 28	Melanin	3 012 358	3 022 879	Melanin	100
Cluster 29	Siderophore	3 114 556	3 126 328	Desferrioxamin B/E	83
Cluster 30	T3PKS	3 625 682	3 666 866	Zorbamycin	6
Cluster 31	Terpene, pyrrolidine	250 232	294 299	Anisomycin	69
Cluster 32	Lanthipeptide-class-i	359 254	384 394	Pentostatine/Vidarabine	6

Cluster ID	Type	Gene-start	Gene-end	Most similar known cluster	Similarity (%)
Cluster 1	Lassopeptide	165 128	187 685	Citrulassin D	100
Cluster 2	Butyrolactone	429 595	438 519	Lactonamycin	5
Cluster 3	Furan, butyrolactone	1 268 608	1 289 543	Methylenomycin A	23
Cluster 4	Terpene	1 538 646	1 562 978	Isorenieratene	100
Cluster 5	Terpene	1 704 463	1 720 539	Albaflavenone	100
Cluster 6	Siderophore	2 285 082	2 296 122
Cluster 7	RiPP-like	2 497 142	2 508 304	Sisomicin	5
Cluster 8	Terpene	2 536 842	2 557 166	Geosmin	100
Cluster 9	Siderophore	2 738 488	2 751 614	Lividomycin	10
Cluster 10	NRPS	2 754 966	2 870 938	CDA1	87
Cluster 11	Terpene	3 323 316	3 349 246	Hopene	92
Cluster 12	Terpene	3 660 664	3 680 719	Cyphomycin	2
Cluster 13	RiPP-like	3 706 885	3 734 083	Informatipeptin	100
Cluster 14	Indole	3 976 746	3 997 930	7-prenylisatin	60
Cluster 15	NRPS, T1PKS, LAP	4 068 537	4 135 926	Antimycin	100
Cluster 16	Terpene	4 289 115	4 310 158	Phenalinolactone A	11
Cluster 17	NRPS	111 367	157 428	Kutzneride 2	6
Cluster 18	NRPS	236 152	304 654	A54145	11
Cluster 19	T1PKS, NRPS	335 246	386 430	5-isoprenylindole-3-carboxylate-β-d-glycosyl ester	19
Cluster 20	NRPS, T1PKS	433 129	482 411	FR-900520	9
Cluster 21	Melanin	652 633	662 301	Melanin	57
Cluster 22	NRPS	885 604	943 293	Amychelin	81
Cluster 23	Terpene	1 116 505	1 137 120	A201a	5
Cluster 24	T3PKS	1 178 015	1 217 185	Herboxidiene	7
Cluster 25	Ectoine	1 914 568	1 924 966	Ectoine	100
Cluster 26	T1PKS, NRPS, T2PKS	2 427 627	2 522 416	Rubromycin (collinomycin)	96
Cluster 27	Terpene	2 666 644	2 687 543	SCO-2138	21
Cluster 28	Melanin	3 012 358	3 022 879	Melanin	100
Cluster 29	Siderophore	3 114 556	3 126 328	Desferrioxamin B/E	83
Cluster 30	T3PKS	3 625 682	3 666 866	Zorbamycin	6
Cluster 31	Terpene, pyrrolidine	250 232	294 299	Anisomycin	69
Cluster 32	Lanthipeptide-class-i	359 254	384 394	Pentostatine/Vidarabine	6

Compound	Exact mass	Measured mass	SE
α/β-rubromycin	537.103 5	537.102 0	2.2×10⁻⁶
γ-rubromycin	523.087 8	523.086 3	2.9×10⁻⁶

Compound	Exact mass	Measured mass	SE
α/β-rubromycin	537.103 5	537.102 0	2.2×10⁻⁶
γ-rubromycin	523.087 8	523.086 3	2.9×10⁻⁶

一株李维斯链霉菌的鉴定及其抗病促生性能

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黄军 ¹^,²^,³ , 唐滢 ¹^,²^,³^,^* , 黄彬彬 ¹^,²^,³ , 李晔 ¹^,²^,³ , 张翠央 ¹^,²^,³ , 郭照辉 ¹^,²^,³ , 刘清术 ¹^,²^,³^,^*

微生物学报 | 研究报告 2024,64(12): 4859-4868

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微生物学报 | 研究报告 2024, 64(12): 4859-4868

一株李维斯链霉菌的鉴定及其抗病促生性能

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黄军¹^,²^,³, 唐滢¹^,²^,³^,^*, 黄彬彬¹^,²^,³, 李晔¹^,²^,³, 张翠央¹^,²^,³, 郭照辉¹^,²^,³, 刘清术¹^,²^,³^,^*

作者信息

1 湖南省微生物研究院, 湖南长沙 410009

2 湖南省农用微生物应用工程技术研究中心, 湖南长沙 410009

3 国家植保微生物种质资源库(湖南), 湖南长沙 410009

Characterization of Streptomyces levis L2 with plant disease-inhibiting and growth-promoting effects

Jun HUANG¹^,²^,³, Ying TANG¹^,²^,³^,^*, Binbin HUANG¹^,²^,³, Ye LI¹^,²^,³, Cuiyang ZHANG¹^,²^,³, Zhaohui GUO¹^,²^,³, Qingshu LIU¹^,²^,³^,^*

Affiliations

1 Hunan Institute of Microbiology, Changsha 410009, Hunan, China

2 Agricultural Microbiology Application Engineering and Technology Research Center of Hunan Province, Changsha 410009, Hunan, China

3 National Collection of Plant-associated Microbes (Hunan), Changsha 410009, Hunan, China

出版时间: 2024-09-20 doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240436

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摘要

收起

【目的】探究一株李维斯链霉菌的抗病促生性能，鉴定其抑菌活性成分。【方法】从耐旱稗草根际分离到一株能抑制多种病原真菌及细菌的链霉菌，采用形态学观察及16S rRNA基因序列分析的方法对菌株进行鉴定；运用液相色谱和高分辨质谱技术鉴定活性物质成分；利用二代Illumina与三代Nanopore测序技术进行全基因组测序；antiSMASH分析该菌株中活性成分的生物合成基因簇。【结果】李维斯链霉菌L2的菌体及发酵液能高效抑制革兰氏阳性菌及多种植物病原真菌的生长，能在铬天青平板(chrome azurol sulphonate, CAS)上产生较大的噬铁圈，还具有较好的产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)的能力。其抑菌活性成分的m/z为537.102 0 [M+H]⁺ (calcd for C₂₇H₂₀O₁₂, 537.103 5, 2.2×10⁻⁶)，523.086 3 [M+H]⁺ (calcd for C₂₆H₁₈O₁₂, 523.087 8, 2.9×10⁻⁶)，分别与α-鲁霉素、β-鲁霉素、γ-鲁霉素的精确分子量相符，误差小于1/5 000 000，其高效液相色谱保留时间与鲁霉素标准品一致。该菌基因组总长8.8 Mb，预测编码有鲁霉素等32个次级代谢产物生物合成基因簇。【结论】李维斯链霉菌L2具有较好的抗病促生性能，适宜进一步开发为生防菌剂，其抑菌活性成分为鲁霉素。

关键词

李维斯链霉菌 / 植物根际促生菌 / 鲁霉素 / 抗病促生

Abstract

收起

[Objective] To study the plant disease-inhibiting and growth-promoting effects and identify the antimicrobial components of Streptomyces levis L2. [Methods] Morphological features and the phylogenetic tree based on the 16S rRNA gene sequences were employed to identify the strain L2 isolated from the rhizosphere of drought-tolerant Echinochloa crusgalli. The antimicrobial components produced by the strain were identified by chromatography and high-resolution mass spectrometry. The whole genome of the strain was sequenced by Illumina in combination with Nanopore. antiSMASH was employed to search for the biosynthetic gene clusters. [Results] Streptomyces levis L2 and its fermentation broth inhibited the growth of Gram-positive bacteria and phytopathogenic fungi, and the strain produced a large transparent zone on the CAS (chrome azurol sulphonate) plate and could produce indole-3-acetic acid (IAA). The antimicrobial components of the strain showed the m/z of 537.102 0 [M+H]⁺ (calcd for C₂₇H₂₀O₁₂, 537.103 5, 2.2×10^–6) and 523.086 3 [M+H]⁺ (calcd for C₂₆H₁₈O₁₂, 523.087 8, 2.9×10^–6), which were consistent with the exact masses of α-rubromycins, β-rubromycins and γ-rubromycins, with the errors less than parts per 5 million. Their HPLC retention time were in agreement with that of standard rubromycins. The whole genome of L2 had a length of 8.8 Mb and carried 32 biosynthetic gene clusters for secondary metabolites including rubromycins. [Conclusion] S. levis L2 exhibited excellent plant disease-inhibiting and growth-promoting properties, thus could be further developed as biocontrol agents. It produces the antimicrobial components rubromycins and its biosynthetic gene clusters contained 6 more modification genes than the previously published gene clusters for rubromycins and several genes with unknown functions.

Key words

Streptomyces levis / plant growth-promoting bacteria (PGPB) / rubromycin / disease inhibiting and growth promoting

引用本文

黄军, 唐滢, 黄彬彬, 李晔, 张翠央, 郭照辉, 刘清术. 一株李维斯链霉菌的鉴定及其抗病促生性能. 微生物学报, 2024 , 64 (12) : 4859 -4868 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240436

Jun HUANG, Ying TANG, Binbin HUANG, Ye LI, Cuiyang ZHANG, Zhaohui GUO, Qingshu LIU. Characterization of Streptomyces levis L2 with plant disease-inhibiting and growth-promoting effects[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2024 , 64 (12) : 4859 -4868 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240436

正文

收起

近半个世纪来，我国农业蓬勃发展。农药、化肥的施用虽大幅提高了作物产量，但也带来了一系列环境问题，包括地下水污染、土壤质量下降和生物多样性减少。全球气候变化、人口增长也是当前农业发展面临的新挑战。因此，绿色环保、可持续发展将是未来农业的发展方向。

作为土壤生态系统的重要组成部分，根际微生物在调节土壤肥力、营养循环和维护植物多样性方面发挥着重要作用。植物根际促生菌(plant growth-promoting bacteria, PGPB)是指自由生活在土壤中或附生在根系的有益菌类，它们可以促进植物生长，帮助植物应对生物和非生物胁迫。近10年来，PGPB在可持续农业中的应用越来越广泛，商业化的PGPB菌株主要分布在农杆菌属(Agrobacterium)、固氮螺菌属(Azospirillum)、固氮菌属(Azotobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、链霉菌属(Streptomyces)^[1]。大多数PGPB可通过一种或多种机制促进植物生长，包括抑制植物病害、产生植物激素及改善营养吸收。研究表明，从根际土壤中分离的微生物具有促进植物生长并为植物提供其他益处的能力^[2]。

链霉菌属是放线菌门下最大的一个属，现有722个种^[3]，其具有较强的适应能力及丰富的代谢多样性。它们广泛分布于土壤、堆肥、淡水和海水等环境中，并具备多种特性，如促进植物生长、抑制植物病原体、分解有机质、合成活性次生代谢产物等，此外还具有产生多种生物活性物质、酶、维生素的能力。

本研究从耐旱稗草中分离到一株链霉菌，通过基于16S rRNA基因序列构建的系统发育树，将其确定为李维斯链霉菌。随后，采用对峙培养法初步测定了其抑菌活性及促生性能。基于高分辨质谱技术与标准品保留时间的对比，确定其抑菌活性成分。此外，对该菌株的基因组及活性物质生物合成基因簇进行了详细分析，并建立了其遗传操作体系，为将来开发成生防菌剂奠定了基础。

1 材料与方法

收起

1.1 材料

2020年于湖南省长沙县荒弃农田耐旱稗草根际采集土样。菌株分离纯化采用的培养基为R2A^[4]。鲁霉素标准品(CAS：27267-70-5)购自上海臻准生物科技有限公司。菌株培养所使用培养基：MS平板(黄豆粉20 g/L，甘露醇20 g/L，琼脂20 g/L)、SV2培养基(葡萄糖15 g/L，甘油15 mL/L，大豆蛋白胨15 g/L，NaCl 3 g/L，碳酸钙1 g/L，pH 7.0)、ISP 2液体培养基(酵母提取粉4 g/L，麦芽提取物10 g/L, 葡萄糖4 g/L)、HD1培养基(黄豆粉10 g/L，玉米淀粉10 g/L，可溶性淀粉5 g/L，KH₂PO₄ 1 g/L)。

1.2 根际细菌的分离纯化

将5 g带有根系的根际土壤放入装有45 mL浓度为0.25%的无菌Ringer洗液的摇瓶中^[5]，于30 ℃、180 r/min振荡30 min。静置后，上清用0.25%的Ringer洗液稀释至10⁻³、10⁻⁴、10⁻⁵，取200 μL涂布平板，每个梯度3个重复^[6]。待出现菌落后，用接种针挑取边缘光滑的单菌落进行平板划线分离。

1.3 菌株L2抑菌活性的测定

采用对峙培养法^[7]，将在PDA平板上培养2−3 d的病原真菌用打孔器在菌丝生长外缘打孔，用接种针将菌丝块取出，放置在一个新的PDA平板中央，在距离中央3 cm处用牛津杯打孔，接种菌块或加入100 μL发酵上清液，28 ℃共培养3−5 d，观察并测量抑菌圈。将金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌涂布于LB平板上，牛津杯打孔，加入100 μL发酵上清液，正向置于培养箱中28 ℃培养16 h，观察并测量抑菌圈大小。

1.4 菌株L2的形态特征、全基因组测序及序列分析

将菌株接种于MS平板上，培养2 d后，肉眼观察菌落形态，并采用蔡司相差显微镜(Zeiss公司)观察菌株细胞形态。

挑单菌落接种于SV2培养基中，培养2 d后，收集菌体，无菌去离子水洗涤1次后，再次悬浮，取1 μL作为菌液PCR模板，用细菌通用16S rRNA基因扩增引物27F (5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和1492R (5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′)扩增菌株L2的16S rRNA基因。

PCR反应体系：PrimeSTAR^® Max (TaKaRa公司) 15 μL，上、下游引物(10 μmol/L)各1 μL，模板1 μL，ddH₂O 12 μL。PCR反应条件：98 ℃预变性5 min；94 ℃变性15 s，55 ℃退火15 s，72 ℃延伸15 s，35个循环；72 ℃终延伸10 min。采用DNA胶回收试剂盒(上海捷瑞生物工程有限公司)，通过琼脂糖凝胶电泳回收目标PCR产物，产物送湖南擎科生物技术有限公司测序；测序结果用EzBioCloud进行在线比对，经Clustal Omega进行多序列比对后，利用软件MEGA X进行多序列相似性分析，构建系统发育树。

采用ISP 2液体培养基培养L2，12 000 r/min离心5 min收集菌体，用TEN缓冲液洗涤1遍后，再次离心并弃去上清，将菌体寄至武汉贝纳科技服务有限公司，采用Nanopore测序技术平台进行全基因组测序。

1.5 代谢产物的提取、高分辨质谱及高效液相色谱检测

以5%的接种量接种活化的L2菌液至HD1培养基中，30 ℃培养72 h后，添加大孔树脂Amberlite^® XAD-16，继续培养24 h后，12 000 r/min离心5 min收集菌体及XAD，弃上清，加入等体积甲醇浸提30 min，旋转蒸发仪浓缩后溶于10 mL甲醇中。

发酵液提取物经12 000 r/min转速离心10 min后过滤，寄送至湖南中医药大学进行高分辨质谱分析(high resolution mass spectrum, HRMS)。所用仪器为Agilent 6545 Q-TOF质谱仪(Agilent公司)，采用标准电喷雾离子源。色谱柱为Agilent Eclipse Plus C18 column (2.1 mm×50 mm, 1.8 μm)。流动相为含有0.1%甲酸的水及乙腈。

高效液相色谱仪为Agilent 1260 (Agilent公司)，色谱柱型号为Eclipse XDB-C18 (4.6 mm× 250 mm, 5 μm)。流动相为含有0.1%甲酸的水及乙腈，流速1 mL/min。洗脱梯度：0−2 min，5%乙腈；2−18 min，5%−95%乙腈；18−20 min，95%乙腈；20−21 min，95%−5%乙腈；21−23 min，5%乙腈。检测波长310 nm。

2 结果与讨论

收起

2.1 链霉菌L2的分离及其抑菌活性

从耐旱稗草根际中分离到一株对真菌及革兰氏阳性菌具有抑制效果的链霉菌，命名为L2。其菌体/发酵上清液对水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani Kuhn)、辣椒炭疽病菌(Colletotrichum capsici)、西瓜枯萎病原菌(Fusarium solani)、黄瓜灰霉病菌(Botrytis cinerea)、烟草赤星病菌(Alternaria alternate)的抑制率分别为37%、17%、13%、45%、48% (图1)。对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)及枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的抑菌圈直径分别为14 mm和12 mm。

2.2 菌株L2的形态特征

菌株L2在MS平板上可形成圆形灰白色菌落、表面光滑、边缘整齐、不透明，随着培养时间的延长可产紫色色素(图2A)。相差显微镜下菌体为丝状分支(图2B)，革兰氏染色阳性。

2.3 分类地位及基因组分析

以L2菌液为模板，用引物27F/1492R成功扩增到了1.5 kb左右的条带，测序得知其大小为1 373 bp，该序列已提交至GenBank，登录号为PP905231。将该序列与EzBioCloud及NCBI数据库中序列进行比对^[8]，得知与其序列相似性最高的菌株为S. levis NBRC 15423^T，相似性为99.93%，远高于新种鉴定阈值98.70%^[9]。选取邻近菌株的16S rRNA基因序列构建系统发育树(图3)，发现链霉菌L2与S. levis NBRC 15423^T位于同一分支上，且亲缘距离为0，可将其确定为李维斯链霉菌。

全基因组测序测得菌株L2的G+C含量为72.11%，总长度8.8 Mb。经基因组注释，预测共有8 075个基因，其中编码蛋白质的基因7 991个，编码RNA的基因84个。经antiSMASH预测其基因组共含有32个次级代谢产物生物合成基因簇(biosynthetic gene cluster, BGC)，包括萜类、寡糖类、聚酮、非核糖体肽、羊毛硫肽类等(表1)，种类丰富、潜力巨大^[10]。此外，还含编码有铁载体、色氨酸合成酶等基因^[11]，以及无机磷溶解基因(ppa、ppx和ppk1)、调控基因(phoB、phoR和phoU)、转运基因(hppA、pit)^[12]。

2.4 菌株L2的抑菌活性物质分析

链霉菌产生的代谢产物活性多样，结构丰富。常用的抗生素约有2/3来源于链霉菌，此外，许多抗肿瘤剂、杀虫剂、酶抑制剂也由链霉菌产生。目前，仅有研究报道了李维斯链霉菌发酵产物的活性，如能抑制结肠癌细胞系^[13]及肺炎克雷伯氏菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌^[14]，但均未对其活性成分进行鉴定。

当用HD1培养基发酵时，链霉菌L2能产生抑制真菌及革兰氏阳性菌的活性代谢产物，而用ISP2培养基发酵时，L2的发酵液无抑菌活性。取上述活性提取物2 μL，进行液质联用高分辨质谱分析发现，与ISP2发酵液提取物图谱相比，具有抑菌活性的提取物在5.8 min处多出了一组峰(图4A，蓝色实线框)，其m/z为537.102 0 [M+H]⁺ (calcd for C₂₇H₂₀O₁₂, 537.103 5, 2.2×10^–6)，523.086 3 [M+H]⁺ (calcd for C₂₆H₁₈O₁₂, 523.087 8, 2.9×10^–6)，与α/β-rubromycin、γ-rubromycin的相对分子质量非常接近，误差小于1/5 000 000 (图4B、图5、表2)。

为进一步确认李维斯链霉菌L2所产抑菌活性成分是否为鲁霉素，将β-鲁霉素标准品与L2发酵液活性组分一同进行了HPLC分析，结果发现其保留时间一致(图6)。

鲁霉素具有包括α、β、γ在内的多个衍生物，其中α-鲁霉素又称覆盖霉素(collinomycin)，属于五角多酚类抗生素，由Ⅱ型聚酮合酶(polyketide synthase, PKS)合成，苯并螺环缩酮是该类化合物的中心活性结构，两侧分别为萘茜和异香豆素^[15]。这类化合物不但能抑菌还能抑制端粒酶及逆转录酶的活性。其中γ-rubromycin的抑菌活性最强，它不仅能抑制真菌，相比α/β-rubromycin，其对金黄色葡萄球菌等细菌的最小抑菌浓度(minimal inhibition concentration, MIC)也更低^[16]。李维斯链霉菌L2也能抑制真菌及革兰氏阳性菌，但对革兰氏阴性菌无活性，与上述报道一致。

2.5 鲁霉素生物合成基因簇

进一步分析李维斯链霉菌L2的基因组数据，可从中找到合成鲁霉素的全部基因，其成簇存在，共含有30个基因，其中功能未知的基因5个(rubQ、rubW、rubH、rubT和rubZ)。与S. collinus DSM 2012中的鲁霉素BGC相比，L2中的BGC更长，多了5个参与修饰的基因^[17]，其具体功能有待进一步验证(图7，5个灰色基因)，但与Streptomyces sp. CB00271^[18]中的鲁霉素BGC基本一致。

2.6 促进植物生长潜能的测定

对李维斯链霉菌L2产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)、溶解有机磷、无机磷、解钾、固氮等能力进行测定，结果表明李维斯链霉菌L2具有较强的产铁载体及合成植物生长激素IAA的能力(图8)。地壳中的铁元素含量虽然丰富，但生物体能利用可溶性铁离子占比却非常低。铁载体可螯合环境中的铁离子，并将其转化为生物体可利用的形式。许多植物可通过其根际微生物产生的铁载体获取铁离子，有些植物甚至能调节根际微生物群落组成，增加产铁载体微生物的丰度。根际细菌产生的铁载体还可与病原菌竞争铁离子，进而抑制其生长，提高植株抗病能力。IAA可促进植物根系生长。由此可见，李维斯链霉菌L2具有较大的促进植物生长潜力。

3 结论

收起

植物根际促生菌可从多方面促进植物生长：为植物提供磷、氮、铁、硫、铜等，提高植物对养分的吸收利用；产生植物类激素，如生长素，促进植物生长发育；合成抑菌活性物质，抑制病原微生物生长，保持植物健康。

本研究从旱地稗草根际分离到链霉菌L2，该菌株能在铬天青平板(chrome azurol sulphonate, CAS)平板上产生较大的噬铁圈，还具有较好的产IAA能力，并能合成抑菌活性物质鲁霉素，显示了良好的植物抗病促生潜能。经16S rRNA基因序列及系统发育树分析，将该菌株鉴定为李维斯链霉菌。

鲁霉素具有抑菌、抗肿瘤(端粒酶)、抑制反转录酶等活性。经高分辨质谱及高效液相色谱分析，确定α、β、γ-鲁霉素为李维斯链霉菌L2的抑菌活性成分。α、β-鲁霉素能抑制革兰氏阳性菌，γ-鲁霉素还能抑制真菌。α、β-鲁霉素MIC值相近，说明螺环缩酮并不是抗菌活性基团，但其抑菌机制仍有待进一步探究。β、γ-鲁霉素结构上的区别在于萘环上羟基、酮基的位置及酮基是否被甲基化。γ-鲁霉素的羟基位于靠近环缩酮一侧，且2个酮基均未被甲基修饰，其抑菌活性明显优于α、β-鲁霉素，据此我们推测萘环上官能团的位置对此类化合物的抑菌活性至关重要。

与S. collinus DSM 2012中的鲁霉素BGC相比，L2中的BGC更长，多了5个参与修饰的基因，但与Streptomyces sp. CB00271中的BGC基本一致。3个基因簇中均含有多个基因的功能尚未鉴定。与前者相比，链霉菌L2接合转移效率更高，能对未知基因进行敲除或过表达。此外，链霉菌L2的基因组中还含有其他活性次级代谢产物基因簇，其中cluster 1、10、13、15分别与已知化合物citrulassin D、CDA1、informatipeptin及antimycin的基因簇非常相似。对李维斯链霉菌L2中鲁霉素基因簇的序列分析从生物合成的角度印证了该菌具备合成鲁霉素的能力，也为进一步探究鲁霉素生物合成机制、优化其结构、提高其活性及产量奠定了基础。后续试验中，我们将对鲁霉素基因簇中的修饰基因及其他基因簇进行改造，以增强其抗病促生性能，使其在植物真菌病害防治中有更广泛的应用。

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湖南省自然科学基金(2021JJ40306)
国家自然科学基金(32000047)
长沙市自然科学基金(kq2208130)
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湖南中烟工业有限责任公司科技项目(KY2023YC0009)

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https://doi.org/10.1002/bit.27732

2024年第64卷第12期

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doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240436

接收时间：2024-07-17
首发时间：2026-03-21
出版时间：2024-09-20

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收稿日期：2024-07-17
录用日期：2024-09-18

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Natural Science Foundation of Hunan Province(2021JJ40306)

湖南省自然科学基金(2021JJ40306)

National Natural Science Foundation of China(32000047)

国家自然科学基金(32000047)

Changsha Municipal Natural Science Foundation(kq2208130)

长沙市自然科学基金(kq2208130)

Science and Technology Innovation Program of Hunan Province Project of "Open Competition Mechanism to Select the Best Candidate"(2021NK1040)

湖南省技术攻关“揭榜挂帅”项目(2021NK1040)

Science and Technology Program of China Tobacco Hunan Industrial Co., Ltd.(KY2023YC0009)

湖南中烟工业有限责任公司科技项目(KY2023YC0009)

作者信息

1 湖南省微生物研究院, 湖南长沙 410009

2 湖南省农用微生物应用工程技术研究中心, 湖南长沙 410009

3 国家植保微生物种质资源库(湖南), 湖南长沙 410009

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

Cluster ID	Type	Gene-start	Gene-end	Most similar known cluster	Similarity (%)
Cluster 1	Lassopeptide	165 128	187 685	Citrulassin D	100
Cluster 2	Butyrolactone	429 595	438 519	Lactonamycin	5
Cluster 3	Furan, butyrolactone	1 268 608	1 289 543	Methylenomycin A	23
Cluster 4	Terpene	1 538 646	1 562 978	Isorenieratene	100
Cluster 5	Terpene	1 704 463	1 720 539	Albaflavenone	100
Cluster 6	Siderophore	2 285 082	2 296 122
Cluster 7	RiPP-like	2 497 142	2 508 304	Sisomicin	5
Cluster 8	Terpene	2 536 842	2 557 166	Geosmin	100
Cluster 9	Siderophore	2 738 488	2 751 614	Lividomycin	10
Cluster 10	NRPS	2 754 966	2 870 938	CDA1	87
Cluster 11	Terpene	3 323 316	3 349 246	Hopene	92
Cluster 12	Terpene	3 660 664	3 680 719	Cyphomycin	2
Cluster 13	RiPP-like	3 706 885	3 734 083	Informatipeptin	100
Cluster 14	Indole	3 976 746	3 997 930	7-prenylisatin	60
Cluster 15	NRPS, T1PKS, LAP	4 068 537	4 135 926	Antimycin	100
Cluster 16	Terpene	4 289 115	4 310 158	Phenalinolactone A	11
Cluster 17	NRPS	111 367	157 428	Kutzneride 2	6
Cluster 18	NRPS	236 152	304 654	A54145	11
Cluster 19	T1PKS, NRPS	335 246	386 430	5-isoprenylindole-3-carboxylate-β-d-glycosyl ester	19
Cluster 20	NRPS, T1PKS	433 129	482 411	FR-900520	9
Cluster 21	Melanin	652 633	662 301	Melanin	57
Cluster 22	NRPS	885 604	943 293	Amychelin	81
Cluster 23	Terpene	1 116 505	1 137 120	A201a	5
Cluster 24	T3PKS	1 178 015	1 217 185	Herboxidiene	7
Cluster 25	Ectoine	1 914 568	1 924 966	Ectoine	100
Cluster 26	T1PKS, NRPS, T2PKS	2 427 627	2 522 416	Rubromycin (collinomycin)	96
Cluster 27	Terpene	2 666 644	2 687 543	SCO-2138	21
Cluster 28	Melanin	3 012 358	3 022 879	Melanin	100
Cluster 29	Siderophore	3 114 556	3 126 328	Desferrioxamin B/E	83
Cluster 30	T3PKS	3 625 682	3 666 866	Zorbamycin	6
Cluster 31	Terpene, pyrrolidine	250 232	294 299	Anisomycin	69
Cluster 32	Lanthipeptide-class-i	359 254	384 394	Pentostatine/Vidarabine	6

Cluster ID

Type

Gene-start

Gene-end

Most similar known cluster

Similarity (%)

Cluster 1

Lassopeptide

165 128

187 685

Citrulassin D

100

Cluster 2

Butyrolactone

429 595

438 519

Lactonamycin

Cluster 3

Furan, butyrolactone

1 268 608

1 289 543

Methylenomycin A

Cluster 4

Terpene

1 538 646

1 562 978

Isorenieratene

100

Cluster 5

Terpene

1 704 463

1 720 539

Albaflavenone

100

Cluster 6

Siderophore

2 285 082

2 296 122

Cluster 7

RiPP-like

2 497 142

2 508 304

Sisomicin

Cluster 8

Terpene

2 536 842

2 557 166

Geosmin

100

Cluster 9

Siderophore

2 738 488

2 751 614

Lividomycin

Cluster 10

NRPS

2 754 966

2 870 938

CDA1

Cluster 11

Terpene

3 323 316

3 349 246

Hopene

Cluster 12

Terpene

3 660 664

3 680 719

Cyphomycin

Cluster 13

RiPP-like

3 706 885

3 734 083

Informatipeptin

100

Cluster 14

Indole

3 976 746

3 997 930

7-prenylisatin

Cluster 15

NRPS, T1PKS, LAP

4 068 537

4 135 926

Antimycin

100

Cluster 16

Terpene

4 289 115

4 310 158

Phenalinolactone A

Cluster 17

NRPS

111 367

157 428

Kutzneride 2

Cluster 18

NRPS

236 152

304 654

A54145

Cluster 19

T1PKS, NRPS

335 246

386 430

5-isoprenylindole-3-carboxylate-β-d-glycosyl ester

Cluster 20

NRPS, T1PKS

433 129

482 411

FR-900520

Cluster 21

Melanin

652 633

662 301

Melanin

Cluster 22

NRPS

885 604

943 293

Amychelin

Cluster 23

Terpene

1 116 505

1 137 120

A201a

Cluster 24

T3PKS

1 178 015

1 217 185

Herboxidiene

Cluster 25

Ectoine

1 914 568

1 924 966

Ectoine

100

Cluster 26

T1PKS, NRPS, T2PKS

2 427 627

2 522 416

Rubromycin (collinomycin)

Cluster 27

Terpene

2 666 644

2 687 543

SCO-2138

Cluster 28

Melanin

3 012 358

3 022 879

Melanin

100

Cluster 29

Siderophore

3 114 556

3 126 328

Desferrioxamin B/E

Cluster 30

T3PKS

3 625 682

3 666 866

Zorbamycin

Cluster 31

Terpene, pyrrolidine

250 232

294 299

Anisomycin

Cluster 32

Lanthipeptide-class-i

359 254

384 394

Pentostatine/Vidarabine

Compound	Exact mass	Measured mass	SE
α/β-rubromycin	537.103 5	537.102 0	2.2×10⁻⁶
γ-rubromycin	523.087 8	523.086 3	2.9×10⁻⁶

Compound

Exact mass

Measured mass

α/β-rubromycin

537.103 5

537.102 0

2.2×10⁻⁶

γ-rubromycin

523.087 8

523.086 3

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