假单胞菌抗生素的生物学功能与应用,植物保护论文.docx
假单胞菌抗生素的生物学功能与应用,植物保护论文假单胞菌Pseudomonas 从属g?变形菌纲。该属成员诸多，据2021 年8 月原核生物名录list of prokaryoticnames with standing in nomenclature,LPSN颁布，该属列出了 223 个种和 18 个亚种，仍有数 10 个种待确认。假单胞菌适生范围广，可代谢大量不同的环境底物，并产生多种多样的次生代谢物1.比拟基因组学研究表示清楚，假单胞菌属菌株的基因组大小一般在67 Mbp,远大于自然环境中其他常见的革兰氏阴性细菌2,3. 丰富的基因组 DNA 资源可能是该属细菌广泛适应各种环境条件的基础。如铜绿假单胞菌 P. aeruginosa 可侵染哺乳动物，是临床中常见的人类时机性病原菌；丁香假单胞 P. syringae 侵染多种植物，造成坏死性斑点病害。除此以外，还有大量假单胞菌存在于土壤、水体、动植物外表/内部营非寄生生活。这些假单胞菌在自然环境和生态平衡中起到重要的作用4.华而不实，以荧光假单胞菌 P. fluorescens 为代表的一些菌株具有抑制植物病原微生物，减轻病原菌对植物造成危害的能力。部分菌株已商业化应用于农作物病害的生物防治5.高效的生防假单胞菌往往具备一些共性特征，如能大量定殖于植物外表，尤其是病原菌的侵染位点；产生和分泌不利于病原菌的抗生素；诱导植物产生抗病性等4.大量产生抗生素是假单胞生防菌的一个重要特点，而且抗生素的构造、作用机制、生物合成及调控等理论研究也较为深切进入，部分抗生素已在人类医学和农用杀菌剂领域得到商业化应用。 1 假单胞菌抗生素的类型及抑菌机制 假单胞菌合成大量不同构造的抗生素，主要包括 2,4?二乙酰基间苯三酚、吩嗪、硝吡咯菌素、根菌素、假单胞菌酸等图 1，下面介绍假单胞菌常见抗生素的类型和作用机制： 1.1 2,4-二乙酰基间苯三酚 2,4?二乙酰基间苯三酚2,4?diacetylphloroglucinol,DAPG图 1A是聚酮类化合物，具有抗细菌、真菌、卵菌和线虫等广谱活性。这种抗生素主要由荧光假单胞菌产生，生物合成经过中同时产生间苯三酚phloroglucinol,PG和单乙酰基间苯三酚monoacetylphloroglucinol,MAPG。除此之外，附生于蝾螈皮肤上的胶状溶杆菌 Lysobacter gummosus 可以产生 DAPG6.以产生 DAPG 作为主要机制的生防假单胞菌可有效防治小麦全蚀病 Gaeumannomyces graminis、烟草黑根腐病 Thielaviopsis basicola、甜菜根腐病 Pythiumultimum、番茄细菌性青枯病 Ralstonian solanacearum 等多种土传病害7-9.DAPG 的作用机制已有长期研究，它能毁坏病原菌的质膜，抑制卵菌游动孢子的游动和菌丝生长10,在高浓度下对植物也有毒性11.近年来以酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 为靶标进行了 DAPG 作用机制的遗传学和生理学研究，发现 DAPG主要作用靶标是线粒体。它作为质子载体proton ionophore，消除线粒体膜上的跨膜质子梯度，导致细胞呼吸与 ATP 的合成解偶联，进而抑制细胞生长12,13. 1.2 吩嗪 吩嗪phenazine图 1B类抗生素是一类含氮杂环化合物，常呈黄色，除具有抗微生物活性外，还有抗肿瘤、抗寄生虫等活性。哺乳动物病原假单胞菌和植物病害的生防假单胞菌都可产生吩嗪抗生素，分别在致病性和生防机制中发挥重要作用。吩嗪衍生物很多14,例如绿针假单胞菌 P. chlororaphis 30?84可产生 3 种吩嗪类抗生素 phenazine?1?carboxylic acidPCA、2?hydroxy?phenazine?1?carboxylic acid2OH?PCA和 2?hydroxy?phenazine 2OHPZ15,另一个绿针假单胞菌株 PCL1391 可产生 PCA 和phenazine?1?carboxamide PCN 16.铜绿假单胞菌 P. aeruginosa 产生的绿脓菌素pyocyanin,5?N?methyl?1?hydroxyphenazine,PYO在细菌的毒性、电子传递、厌氧生存等方面起到重要作用，也是吩嗪衍生物17.除假单胞菌外，伯克霍尔德氏菌 Burkholderia、欧文氏菌 Erwinia、泛菌 Pantoea、溶杆菌Lysobacter、链霉菌 Streptomycin 等属的细菌可以产生。吩嗪类抗生素在生防假单胞菌防治镰刀菌、腐霉菌等造成的植物土传病害中起到重要作用17.吩嗪类化合物抑菌的主要机制是产生活性氧reactive oxygenspecies,ROS，其芳香环构造可作为电子的受体或供体，在病原菌或宿主组织中产生 ROS,对病原菌造成氧化胁迫17. 1.3 硝吡咯菌素 硝吡咯菌素pyrrolnitrin,Prn图 1C是含有吡咯环的化合物，20 世纪 60 年代于假单胞菌中分离得到18.Prn 对多种子囊菌、担子菌、半知菌类病原真菌都有强烈的抑菌作用，是假单胞菌防治核盘菌Sclerotinia sclerotiorum 引起的菌核病和丝核菌 Rhizoctonia solani 根腐病等病害的主要机制19,20.Prn 是真菌呼吸作用电子传递链末端的抑制剂21,有研究表示清楚苯基吡咯类抗生素作用于蛋白激酶PK?III，导致甘油大量合成，胞内浸透压失调22,在一些真菌中也表现为抑制真菌的浸透调节23.这一抗生素在人类医药和农用杀菌剂领域都有商业化应用24. 1.4 根菌素 根菌素rhizoxin图 1D是 16 元大环内酯类抗生素，最早发现于引起水稻苗疫病的病菌小孢根霉 Rhizopus microsporus,后来研究发现根菌素并非根霉菌产生，而是共生于根霉细胞内的产素伯克霍尔德氏菌Bulkholderia rhizoxinica25.假单胞菌Pf?5产生一系列根菌素衍生物，并对植物病原灰霉菌Botrytiscinerea 和疫霉菌 Phytophthora ramorum 有不同的抑制作用26.假单胞菌株 Os17 产生的根菌素是防治真菌和卵菌病害的重要生防因子27.根菌素作用于靶细胞的b微管蛋白，抑制有丝分裂纺锤体的构成，进而影响细胞分裂28.根菌素不仅能够抑制真菌和细菌，还有抗肿瘤的活性，并对多种植物表现出一定的毒性1. 1.5 假单胞菌酸 假单胞菌酸pseudomonic acid图 1E是聚酮类化合物，最早分离自土壤中的荧光假单胞菌株29,主要抑制革兰氏阳性细菌，仅有少数阴性细菌和真菌对其敏感。假单胞菌酸作用于细菌异亮氨酰 tRNA 合成酶的 ATP 结合位点和相应的氨基酸结合位点，抑制异亮氨酰 tRNA 合成酶的功能，造成细菌蛋白合成受阻，导致生长变慢和细胞死亡30.产生假单胞菌酸的细菌本身并不遭到抗生素的抑制，主要原因是其本身的异亮氨酰 tRNA 合成酶构造域与敏感菌株不同，与假单胞菌酸的亲和性很低31. 1.6 其他假单胞菌抗生素 藤黄绿脓菌素pyoluteorin,Plt图 1F含有氯化修饰的吡咯环，构造上属于聚酮类化合物。Plt 是生防荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌中常见的抗生素，对卵菌病害有明显的防效32.绿针假单胞菌PCL1606 能产生二烷基间苯二酚类抗生素 2?己基？5?丙基间苯二酚2?hexyl?5?propyl resorcinol,HPR图 1G，是防治鳄梨根腐病 Dematophora necatrix 的重要机制33.假单胞菌株 AN5 产生大量的葡萄糖酸图 1H，葡糖糖酸对真菌病原有明显的抑菌作用，并且是菌株 AN5 防治小麦全蚀病的主要生防机制34;生防假单胞菌 CHA0 产生的葡糖糖酸可酸化菌株周围环境，并有解磷功能35.很多假单胞菌产生脂肽类抗生素，如 viscosin、viscosinamide、massetolide A 等，脂肽对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.氢氰酸hydrogen cyanide,HCN是一种无色的气态化合物，假单胞菌产生氢氰酸抑制病原菌细胞色素 c 氧化酶的活性，阻断呼吸电子传递链1;产生氢氰酸有助于生防假单胞菌防治土传病害38. 2 假单胞菌抗生素的生物学功能 除了作为抑菌物抑制和杀死其他病原微生物以外，假单胞菌产生的抗生素还具有多种生物学功能。尤其是在亚抑菌浓度下面，抗生素往往作为信号分子来调节基因表示出、调控微生态构造和功能，以及诱导植物防卫反响等。 2.1 作为调控信号分子 吩嗪本身可以作为胞内的信号物质调控细菌的生理变化。铜绿假单胞菌 PA01 的转录组学研究发现，PYO 诱导 51 个基因的转录变化，华而不实包括 8 个外排泵上调表示出，7 个与铁吸收的基因下调表示出39.绿针假单胞菌也有近百个基因遭到吩嗪的转录调控17.假单胞菌 F113 在植物根围产生的 DAPG 可作为信号分子作用于巴西固氮螺菌 Azospirillum brasilense,诱导固氮螺菌一系列与植物生长相关基因的表示出，促进其在小麦根围的定殖并产生更多的生长素，提高了固氮螺菌促进植物生长的能力40.
