刘铜教授团队在木霉生物防治方面研究取得重要进展

芒果蒂腐病是由Lasiodiplodiatheobromae引起的一种破坏性的采后病害，严重危害采摘后的芒果生产。海南大学热带农林学院生防木霉科研团队研究发现羽状木霉Trichoderma pinnatumLS029-3非挥发性代谢物对病原菌的抑制作用最强，代谢液粗提物的EC50为0.25 ± 0.03 g L−1，扫描电镜表明经4倍EC50粗提物处理后的菌丝结构被破坏，代谢液粗提物可以显著减少病斑面积和腐病的发生。通过增加防御酶活性，提高果实清除活性氧的能力，增强果皮硬度和色泽，减缓果实腐烂。本研究为芒果蒂腐病采后防治提供了一种安全有效的生物防治策略。课题组硕士研究生战鑫和博士后Raja Asad Ali Khan为共同第一作者，刘铜教授为通信作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.111696

由炭疽菌（Colletotrichum spp.）引起的咖啡炭疽病是一种生产中极易发生和传播的重要害，已成为影响咖啡高产量的主要生物限制因素之一。使用化学农药对咖啡炭疽病的防效不佳。海南大学生防木霉课题组首次报道了Colletotrichum cairnsense可侵染咖啡并引发咖啡炭疽病。通过筛选得到一株对C. cairnsense具有良好拮抗作用和重寄生能力的棘孢木霉GD040。盆栽实验表明用棘孢木霉GD040孢子悬浮液灌根处理后可以显著减少C. cairnsese侵染导致的咖啡叶病斑面积。转录组分析和qRT-PCR结果证明，C. cairnsense接种咖啡叶片后会抑制抗性基因的表达，而棘孢木霉GD040可诱导咖啡NB-ARC和LRR结构域编码基因以及与苯丙烷生物合成途径相关的基因的上调表达，并激活JA/ET和SA途径以触发SAR和ISR抵抗C. cairnsese侵染。此外，棘孢木霉GD040处理后咖啡的生长素合成基因和赤霉素合成基因表达水平也显著上调。此研究从分子水平揭示了棘孢木霉GD040对C. cairnsense的拮抗模式和多途径诱导咖啡寄主对炭疽病抗性的机制，为开发多功能木霉生物制剂及其在咖啡炭疽病防治中的应用奠定了基础。课题组王睿讲师及硕士研究生安馨媛为共同第一作者，刘铜教授为通信作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2023.105213

海南大学生防木霉课题组利用硅、木霉代谢物合成的纳米硅和木霉代谢物处理对番茄在金属镉和细菌性枯萎病菌胁迫下的响应变化，发现木霉代谢物合成的纳米硅和木霉代谢物可以提高植物对镉的耐受性，降低从土壤中转运镉的能力进而减少植物体内镉含量，增强植物光合作用、抗氧化酶活性来降低镉的毒性。同时，木霉代谢物合成的纳米硅和木霉代谢物联合施用可以破坏青枯劳尔氏菌体细胞结构，显著降低番茄细菌性枯萎病的发生。课题组博士后Raja Asad Ali Khan为第一作者，刘铜教授为通信作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.122041

Pectobacteriumcarotovorum subsp.Carotovorum（Pcc）可以感染多种植物并造成严重损害，通常在生产中使用化学制剂来减轻其损害。然而，化学制剂的过度、长期使用导致了环境污染和日益严重的耐药性问题。群体感应抑制因子（QSIs）可以在不影响病原菌生长的情况下竞争性地抑制病原菌的群体感应（QS）系统，从而降低环境选择压力，延缓病原体耐药性的发生。

海南大学生防木霉课题组研究发现木霉菌Trichoderma asperellum LN004的代谢产物大黄素可以抑制Pcc生物膜及EPS的生成，降低其降解酶的活性，PCWDE相关合成基因表达量显著下调。通过分子对接验证明确大黄素是群体效应相关蛋白ExpI和ExpR的潜在配体，大黄素可以竞争结合ExpI和ExpR蛋白，干扰Pcc的QS，减少毒力因子的产生，减轻病原菌对作物的为害，揭示木霉抑制细菌性软腐病的新机制。课题组硕士研究生战鑫和王睿讲师为共同第一作者，刘铜教授为通信作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/ps.7835

黄瓜枯萎病是一种由尖孢镰孢菌黄瓜专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum Owen，FOC）引起的全球性土传病害，在黄瓜整个生长季均能侵染，对全球黄瓜产量造成了严重的损失。海南大学生防木霉课题组筛选出对FOC具有良好拮抗作用的棘孢木霉FJ035，该菌株可有效抑制FOC的孢子萌发，且提高了黄瓜种子的发芽潜力。进一步通过荧光标记结合显微观察技术对棘孢木霉FJ035与FOC在黄瓜根际的时空竞争进行了动态监测。结果表明棘孢木霉FJ035与FOC孢子悬浮液同时处理黄瓜根部时，FOC孢子可迅速在根部富集和萌发，而棘孢木霉对FOC的抑制效果较弱；当接种FOC孢子悬浮液前24 h用棘孢木霉FJ035孢子悬浮液处理，可显著减少FOC孢子在黄瓜根部的积累，且其孢子的萌发也受到抑制。水培和盆栽条件下对黄瓜枯萎病的最高防治效率分别为69.79%和75.96%，同时棘孢木霉FJ035还有效的减轻FOC对黄瓜生长的不利影响。因此，棘孢木霉FJ035作为预防性生物制剂使用效果最佳。该研究描述了棘孢木霉FJ035与FOC在黄瓜根际的时空竞争关系，为探索木霉的生防机制和指导其在生产中的应用提供了理论依据。课题组王睿讲师和硕士研究生于笑丽为共同第一作者，刘铜教授为通信作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2023.105334

         MicroRNAs (miRNAs)是一类内源性单链非编码RNA，可以降解mRNA或与mRNA结合在转录后水平抑制其转录或调节基因表达。目前，关于生防菌与病原菌互作过程中miRNA功能的相关研究较少。海南大学生防木霉课题组构建了GFP木霉菌株，通过荧光观察明确其重寄生灰霉菌的关键时期，将整个重寄生过程分为三个重要阶段：12 h——菌丝接触；36 h——菌丝缠绕；72 h——灰霉病菌菌丝降解。试验进一步通过高通量测序技术获得木霉重寄生灰霉菌过程中的miRNA，以及它们的靶基因，筛选了只在木霉中表达，并且前体结构只存在于木霉菌的基因组而不存在于灰霉菌的基因组中的miRNA，并预测了它们在灰霉菌中的靶基因，共筛选得到14个穿梭milRNA和41个靶基因。这些基因在木霉重寄生灰霉病菌的过程中起着重要的作用，该研究为miRNA在病害防治方面提供了新的方向。课题组博士研究生刘震和硕士研究生李月姣为共同第一作者，侯巨梅和刘铜为共同通信作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2023.105599

   新生多肽相关复合物（Nascent polypeptide-associated complex，NAC）对于维持蛋白质内稳态起关键作用，然而在木霉中的功能尚不明确。该研究从短梗木霉中鉴定到TbNACα，该基因在短梗木霉拮抗白绢病菌过程中显著下调表达，TbNACα敲除突变体的非挥发性物质能显著抑制白绢病菌的生长，通过比较转录组分析发现，TbNACα基因敲除后显著影响了短梗木霉的代谢过程，主要调控次生代谢物生物合成酶、水解酶和膜转运蛋白相关基因的表达，采用非靶代谢组鉴定到咖啡酸乙酯是非挥发性代谢物中拮抗白绢病菌的关键物质。这些结果表明，TbNACα基因的缺失使咖啡酸乙酯合成通路基因上调表达，进一步促进咖啡酸乙酯的积累，增强对白绢病菌的拮抗能力。该研究揭示了TbNACα负调控木霉合成拮抗物质的新机制，为白绢病菌的防治提供新的思路。已毕业的博士研究生刘震和硕士研究生徐宁为论文第一作者，刘铜教授为论文的通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.030