杨树内生解淀粉芽孢杆菌PEBA20生物膜形成的表型和分子特征

生物膜是自然界中微生物的自然属性，生物膜状态下的细菌，具有显著不同于浮游态细菌的特征，生防细菌在生物膜状态下更有利于其生防能力发挥。解淀粉芽孢杆菌PEBA20是我们获得的具有良好生防潜力的杨树内生生防细菌。但未见有解淀粉芽孢杆菌生物膜的报道。本研究拟从生物膜的角度入手，采用缺失突变株构建、激光共聚焦显微镜、实时定量 PCR等主要方法技术，揭示该细菌生物膜的基本表型特征，探讨生物膜形成相关基因的表达与调控，分析野生型和突变株的生物膜表型和基因表达调控的差异，以及不同生物膜状态下其对杨树溃疡病菌的抗菌活性，阐释该菌株"生物膜形成-基因调控-抗菌活性"的相关性。该研究为进一步定位与生物膜状态下抗菌活性相关的生物学行为和基因调控，以及人为控制生物膜形成状态用于杨树溃疡病的生物防治，奠定坚实基础。同时，该研究也为芽孢杆菌属及内生生防细菌的生物膜特征的研究，提供有价值信息。

生物膜是细菌的自然属性，生物膜状态下的细菌，具有显著不同于浮游态细菌的特征。但是生防菌生物膜与抗菌活性的相关性特征未有明确结论，解淀粉芽孢杆菌生物膜特征也未见报道。本研究以具有良好生防活性的植物内生细菌解淀粉芽孢杆菌 PEBA20为对象，试图揭示该细菌生物膜的基本表型特征，探讨生物膜形成相关基因的表达与调控，以及不同生物膜状态下的抗菌活性，阐释"生物膜形成-基因调控-抗菌活性"的相关性。本研究的主要研究成果有：. 系统研究了生物膜表型特征，明确了解淀粉芽孢杆菌PEBA20在固-气界面和液-气界面的生物膜表型，及其时间发展规律。探索了营养因子对生物膜形成的影响，发现生物膜表型的差异和规律性，暗示了生物膜形成和生长发育可能存在“博弈行为”的假设。筛选得到了生物膜表型自然突变株，多数自然突变株生物膜表型明显简单，运动性强，抑菌活性显著下降，体现了生物膜表型和抑菌活性的相关性特征。克隆了生物膜形成中重要事件的关键基因，如生物膜结构基因“tasA”“ sipW”“ yqxM”等，跟细菌运动性基因“sfp”，以及全局调控基因“spo0A” 生物膜形成正调控因子“Deg-DegS”，分析了基因的基本生物信息学特征，及其表达式样。采用同源重组对策，成功构建了SinR和DegU突变株，证实SinR和DegU与解淀粉芽孢杆菌的生物膜形成相关，DegU基因的突变株生物膜表型复杂度减低，而SinR突变株生物膜表型比野生株更为复杂，而且成膜的时间节点比野生株的提前。以Bipolaris maydis、Valsa mali、Botryosphaeria dothidea和Rizoctonia cerealis为指示真菌，发现SinR突变株抑菌活性显著小于野生株，对病原细菌的抑菌活性也显著降低。综合以上研究，明确细菌生防活性与其生物膜表型的变化存在相关性，为非线性相关性，总体表现为生物膜表型复杂度的降低，抑菌活性下降的基本规律。. 该研究为进一步定位与生物膜状态下抗菌活性相关的生物学行为和基因调控，以及人为控制产生有利于其抗菌活性的生物膜状态用于植物病害的生物防治，奠定坚实基础。作为芽孢杆菌属的一员，内生解淀粉芽孢杆菌PEBA20生物膜的研究，也为芽孢杆菌属和内生细菌生物膜特征研究提供了重要信息。