新型木霉菌株B2-1通过基因组与代谢组联合分析揭示其抗番茄灰霉病的活性及机制

本研究针对番茄采后灰霉病（由Botrytis cinerea引起）防治中化学农药的弊端，开展了新型木霉菌株Trichoderma hainanensis B2-1的生物防治研究。通过全基因组测序和antiSMASH分析，鉴定出多个次级代谢物生物合成基因簇（BGCs）；非靶向代谢组学揭示了1-苯乙醇、2-苯乙醇等具有体外和体内抗真菌活性的挥发性有机物（VOCs）。结果表明，B2-1及其代谢物在番茄采后病害管理和保鲜方面具有重要应用潜力，为开发新型农业和食品工业保鲜剂提供了理论依据。

番茄是全球重要的经济作物，但其采后储存期间极易遭受灰霉病的侵袭，这种由灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）引起的病害会导致果实腐烂，造成巨大的经济损失。长期以来，人们主要依赖化学农药来控制采后病害，然而，农药的过度使用带来了病原菌抗药性、环境污染以及食品安全等一系列问题。因此，开发环境友好、安全有效的生物防治剂（BCAs）作为化学农药的替代品，已成为当前农业可持续发展领域的迫切需求。

在众多的生物防治微生物中，木霉属（Trichoderma）真菌因其具有抑制植物病原菌、促进植物生长和诱导系统抗性等多重拮抗作用而备受关注。它们通过空间和营养竞争、重寄生作用、诱导宿主抗性以及产生次级代谢产物等多种策略来对抗病原菌。尽管木霉已知能产生结构多样、活性广泛的次级代谢产物，如萜类、聚酮化合物和多肽等，但据估计，仅有约10%由其生物合成基因簇（BGCs）预测的潜在抗真菌代谢物在实验室条件下得到了鉴定。这表明利用先进的基因组学和代谢组学方法来挖掘新型生物活性化合物具有巨大的潜力。

在此背景下，研究人员从番茄根际土壤中分离出一株新型木霉菌株B2-1，并对其生物防治潜力进行了系统评估。本研究旨在：（1）评估B2-1的环境耐受性和广谱抗真菌活性；（2）通过全基因组测序阐明其生物防治机制；（3）评估其发酵液和粗提物的抗真菌特性；（4）利用代谢组学方法鉴定其挥发性抗真菌代谢物。相关研究成果发表在《Postharvest Biology and Technology》上。

为开展此项研究，作者团队主要应用了几项关键技术。首先，从海南东方市的健康与患病番茄植株的不同生态位（包括根区土、根际土及根、茎、叶、果实组织）进行真菌的分离与纯化。其次，通过平板对峙实验筛选具有拮抗活性的菌株。接着，利用全基因组测序技术对目标菌株B2-1进行测序，并采用antiSMASH软件对其次级代谢物生物合成基因簇（BGCs）进行预测分析。此外，还采用了非靶向代谢组学技术来鉴定发酵产物中的活性代谢物。同时，通过扫描电子显微镜（SEM）观察了木霉菌株对灰葡萄孢菌菌丝的形态破坏作用。体外和体内抗真菌活性实验则用于验证代谢物的有效性。

Screening of biocontrol fungus B2-1

研究人员从番茄植株的不同生态位分离纯化出34株真菌菌株。通过平板对峙试验，筛选出6株具有拮抗活性的菌株（B2-1, B1-1, JK4-1, JK1-1, JK1-2, JK3-1）。定量分析表明，菌株B2-1对灰葡萄孢菌的抑菌活性达到63.84%，其抑菌效果与部分菌株无显著差异，但优于其他一些菌株，显示出较强的拮抗能力，因此被选为后续深入研究的对象。

Sources and isolation and purification of biocontrol fungi

本部分详细描述了生物防治真菌的来源及分离纯化过程。样本采集自海南省东方市的番茄植株，包括根区土、根际土以及根、茎、叶、果实等组织。植物组织样本经过表面消毒（75%乙醇浸泡15分钟，无菌水冲洗三次）后，进行匀浆和悬浮处理，为后续的菌株分离奠定了基础。

Discussion

讨论部分指出，灰霉病是导致番茄采后品质劣变的主要原因，而生物防治剂被认为是一种安全有效的病害管理策略。本研究采用基于生态位的筛选方法，成功获得了具有良好环境耐受性和广谱抗真菌活性的菌株B2-1。基因组学与代谢组学的联合分析是揭示其拮抗机制的关键。研究结果与近年来利用多组学技术挖掘微生物防治潜力的趋势相符，强调了从特定生态环境中筛选高效菌株并结合现代生物技术进行机制解析的重要性。

Conclusion

总结部分强调，新型生防木霉菌株B2-1（鉴定为Trichoderma hainanuensis）表现出优异的环境耐受性和广谱抗真菌活性。体外实验证实其对灰葡萄孢菌有强烈抑制作用，扫描电镜观察显示其能引起病原菌菌丝严重变形和结构崩溃。基因组分析揭示了多个与次级代谢产物合成相关的BGCs。非靶向代谢组学鉴定出1-苯乙醇、2-苯乙醇、苯甲酸甲酯和苯乙酮等多种具有体外和体内抗真菌活性的挥发性代谢物。这些发现表明B2-1及其代谢物在番茄采后病害管理和保鲜方面具有巨大的应用潜力，为开发新型农业和食品工业用保鲜剂提供了重要的理论和物质基础。

Funding

本研究获得了海南省重点研发计划项目（No. ZDYF2023XDNY178）和海南省自然科学基金（No. 323QN205）的资助。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献声明中详细列出了每位作者的具体工作，例如方芳吴参与了方法学和概念化，张秀丽负责了初稿的撰写等，体现了研究的团队协作。

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在任何可能影响本研究的已知竞争性财务利益或个人关系。

综上所述，该项研究通过综合运用微生物学、基因组学、代谢组学和形态学等多种技术手段，全面评估了一株新型木霉菌株B2-1的生物防治潜力。研究不仅发现该菌株自身具有强大的抗病原菌能力，更重要的是，通过先进技术揭示了其发挥作用的物质基础——一系列具有活性的挥发性代谢物。这为后续开发基于微生物或其代谢产物的绿色保鲜技术提供了科学依据，对减少化学农药使用、保障农产品安全和环境健康具有重要意义，契合了当前农业绿色发展的需求。