密旋链霉菌Act12调节荧光假单胞菌数量与生防功效的分子机制研究

Continuous cropping obstacle is a severe threaten to facility agriculture and high-value cash crops. Previously, we have found that Streptomyces pactum Act12, an effective biocontrol agent of actinomycetes which was used to overcome continuous cropping obstacles by regulating composition of the rhizosphere microflora. Specifically, Act12 could increase Pseudomonas fluorescens population in rhizosphere soil of ginseng. Accordingly, the major objective of this proposal is to investigate the molecular regulatory mechanism of Streptomyces pactum Act12 on the dominant strain P. fluorescens P.f population in rhizosphere soil. Microbiology and molecular biology technology (qRT-PCR etc) will be utilized to investigate the effect of Act12 on the phenotypes (antibiotic production, siderophore and bacterial colonization etc) and regulatory genes expression (GacS/GacA regulatory system and σS factor) related with the biocontrol activity of P. fluorescens P.f. The results would explain the molecular regulatory mechanism of Act12 impact on P. fluorescens P.f population in rhizosphere soil. Furthermore, the results provide new explication for the mechanism of rehabilitation of continuous cropping obstacle and theory basis for rehabilitation technology.

连作土壤生物退化对我国设施农业及高附加值经济作物造成严重威胁，利用微生物进行连作障碍修复具有良好的应用前景。本项目以前期研究发现的连作障碍修复有效菌株密旋链霉菌（Streptomyces pactum）Act12可调节根区土壤微生态、增加人参根区优势细菌荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）这一现象为切入点，拟通过微生物学及分子生物学方法（RT-PCR等），检测Act12对人参根区优势菌株P.fluorescens P.f 生长、生防相关表型（抗生素、嗜铁素及定植力等）及生防相关调控基因（如细菌信号系统GacS/GacA及σS 因子）表达的影响，研究Act12对P.f生防功能的影响途径，进而阐明Act12增加荧光假单胞菌、改善根区土壤微生物态的分子机制。研究结果将为该放线菌对连作障碍修复机理的揭示及连作生物退化土壤修复技术的研究提供新的理论依据。

连作土壤生物退化对我国设施农业及高附加值经济作物造成严重威胁，利用微生物进行连作障碍修复、防治植物病害具有良好的应用前景，因此有益微生物对连作障碍修复机理的揭示具有重要的研究意义。国内外众多研究表明，有益微生物对植物的防病促生作用与其对根际土壤微生物群落结构的调整作用密切相关，生防菌的施入可增加作物根际土著微生物中有益菌数量，或降低有害菌数量。然而，生防菌如何影响特定优势微生物在根际的数量，且根际特定微生物数量的变化是否与生防菌的防病促生作用直接相关尚未见报道。本项目以前期研究发现的连作障碍修复有效菌株Streptomyces pactum Act12可调节根区土壤微生态、增加根区优势细菌Pseudomonas koreensis GS为切入点，拟通过微生物学及分子生物学方法（RNA-seq等），检测Act12对P. koreensis GS生长、生防相关表型的影响，并进一步探究Act12增加P. koreensis GS、改善根区土壤微生物态的分子机制。研究发现在培养基及土壤模拟条件下，Act12对 P. koreensis GS生长无显著影响；而RNA测序显示，Act12处理后P. koreensis GS中与有机酸代谢、活性氧代谢、细菌趋化性和鞭毛组装相关基因的表达显著上调，且Act12处理提高了P. koreensis GS的泳动和生物被膜形成的能力，从而增强了其在番茄幼苗根际的定殖能力。结果表明：Act12可通过促进P. koreensis GS生物被膜形成、养分利用和环境适应性来增强P. koreensis GS的根际定殖和竞争能力。此外，本研究对P. koreensis GS防病促生作用的研究表明，生防菌Act12施入后P. koreensis GS数量的增加与Act12的防病促生作用直接相关。研究结果将为该放线菌对连作障碍修复机理的揭示及连作生物退化土壤修复技术的研究提供新的理论依据。