Nature Commun | 上海交大陈功友/林双君合作揭示植物病原菌拮抗活性物吡唑三嗪的生物合成与调控机制

来源：BioArt植物

植物在生长发育过程中受到各种病原菌的侵染危害，导致植物死亡和造成显著经济损失。农作物抗病育种和使用绿色农药是防控作物重大致灾病害的有效途径，而绿色农药可以来自植物生长环境中产生抗生素的生防微生物。

近日，上海交通大学农业与生物学院陈功友教授团队和生命科学技术学院林双君教授团队合作在Nature Communications在线发表题为“The natural pyrazolotriazine pseudoiodinine from Pseudomonas mosselii 923 inhibits plant bacterial and fungal pathogens”的研究论文，揭示了摩氏假单胞菌923菌株产生天然抗生素吡唑三嗪（pseudoiodinine）的生物合成与调控机制。

水稻是我国和世界上的主要粮食作物之一，但由稻黄单胞菌（Xanthomonas oryzae）和稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的水稻白叶枯病、条斑病和稻瘟病是水稻上的重要致灾病害。该研究工作科学假说认为，对这些致灾病害病原菌产生抗生素活性的生防微生物应当来自水稻田生态环境。经过大量筛选，从水稻根际土壤中分离获得了一株高效拮抗植物病原黄单胞菌和稻瘟病菌的摩式假单胞菌923菌株，鉴定其产生的拮抗物质为吡唑三嗪（pseudoiodinine），其由7个基因组成的psdABCDEFG操纵元决定生物合成；三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate, GTP) 是其生物合成的前体化合物，1,6-didesmethyltoxoflavin (1,6-DDMT) 是其合成的中间体；GacA-rsmY/Z-CsrA1/2/3模块调控pseudoiodinine的生物合成。对GacA-rsmY/Z-CsrA1/2/3的CsrA1/2/3进行缺失，构建了高产pseudoiodinine的植物病害生防工程菌（图1）。

图1. GacA-rsmY/Z-CsrA1/2/3模块调控pseudoiodinine的生物合成

Pseudoiodinine是一种含多个氮原子的杂环分子，最早报道假单胞菌（P. fluorescens var. pseudoiodinum）可产生，但未见其遗传学、生物合成与调控机制的揭示。Pseudoiodinine具有吡唑[4,3-e][1,2,4]三嗪（Pyrazolo[4,3-e][1,2,4]triazine）特征核心骨架，该化合物及其衍生物如诺斯托辛A（Nostocine A）和氟维奥A（Fluviol A）还具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、延缓动脉粥样硬化等活性，具有成药潜力。

重要的是，本研究发现Pseudoiodinine对多种植物病原黄单胞菌均具有抑制作用，其中包括柑橘溃疡病菌（X. citri subsp. citri）、大豆斑疹病菌（X. axonopodis pv. glycines）、棉花角斑病菌（X. campestris pv. malvacearum）、麦类黄单胞菌（X. translucens pathovars）、辣椒斑点病菌（X. campestris pv. vesicatoria）等。对白叶枯病菌和条斑病菌的抑菌活性最强，MIC值分别为0.5 μg mL⁻¹和4 μg mL⁻¹，EC50值分别为0.17 μg mL⁻¹和1.36 μg mL⁻¹。对稻瘟病菌的EC50为4.48 μg mL⁻¹。温室和田间防控试验显示，923菌株和pseudoiodinine在病害预防和治疗方面，均能对白叶枯病和条斑病进行有效防控，防病效果达70%以上（图2）。

图2. 生防假单胞菌923能够抑制水稻病原菌

综上，该研究为利用摩氏假单胞菌923菌株生物防治作物细菌和真菌病害提供了一种新思路，并且吡唑三嗪（pseudoiodinine）作为一种新型绿色生物农药或先导化合物用于植物细菌和真菌病害的防控，或者未来动物肿瘤治疗药物研发，均具有潜在的重大应用价值。
上海交通大学农业与生物学院博士后杨瑞环和生命科学技术学院博士后石清为论文的共同第一作者，邹丽芳副教授和陈功友教授为论文的共同通讯作者。上海交通大学生命科学技术学院林双君教授和黄婷婷副研究员指导了该项研究，上海交通大学农业与生物长聘教轨副教授范江波博士参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目和上海市科技兴农项目的资助。
      论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36433-z