球孢白僵菌(Beauveria bassiana)是广泛存在于土壤以及植物根际和叶际环境,且能够寄生于昆虫体内,是一类广谱性昆虫病原真菌。球孢白僵菌在全球范围被用于害虫防治,其中我国在使用球孢白僵菌防治马尾松毛虫和玉米螟等重大农林害虫中取得良好的防控效果。随着研究的深入,人们发现球孢白僵菌基因组中含有丰富的次级代谢基因簇,能够合成非核糖体多肽类的白僵菌素、类白僵菌素、白僵菌环三肽以及苯醌类的卵孢霉素等,并且这些代谢物在参与病原拮抗和病害防治中也发挥着重要作用。然而球孢白僵菌在土壤和植物环境下是否与其它微生物存在竞争,以及如何保证占领生态位以确保其能够有效生存,这些分子机制目前仍不清晰。重庆西南大学生物技术中心范艳华研究团队在PLOS PATHOGENS期刊上发表了论文《Characterization of afungal competition factor: production of a conidial cell-wall associatedantifungal peptide》,在该研究中报道了球孢白僵菌产生的一种新的抗真菌肽—BbAFP1。球孢白僵菌主要依赖无性繁殖并产生分生孢子,而BbAFP1则是特异的在成熟的气生分生孢子中表达,并且该蛋白定位于分生孢子的细胞壁,进而释放到周围环境中能够有效抑制丝状真菌的萌发和生长。

通过对纯化BbAFP1的抑菌活性检测发现,其对尖孢镰刀菌(F. oxysporum)的抑菌活性最高,其次为禾谷镰刀菌(F.gramminearum),且对稻瘟病菌(M. orzyae)、黑斑病菌(A. brassicae)、大丽轮枝菌(V. dahliae)等病原真菌也具有抑制作用。通过膜染色与共定位实验分析发现BbAFP1能够与几丁质结合,但对处理后黑斑病菌(A. brassicae)几丁质合成基因的表达和细胞壁中总几丁质含量没有影响。在该研究中发现,BbAFP1活性的机制主要是破坏宿主靶膜电位的变化,引起细胞内活性氧的爆发,导致膜破裂、细胞质渗漏,并最终导致细胞死亡,从而达到抑制植物病原菌的生长的目的。通过番茄离体叶片试验验证发现,在番茄中转基因表达BbAFP1和它的天然多肽可以增强番茄对大丽轮枝菌(V. dahliae)和灰葡萄孢菌(B. cinerea)的抗性。总体来说,该研究结果鉴定了一种新的抗真菌蛋白BbAFP1,进一步丰富了抗真菌蛋白(antifungal proteins)资源,并为球孢白僵菌在植物病害生物生防中的应用提供了更为丰富的理论支撑。

图1 BbAFP1的纯化及对丝状真菌的抑制活性

图2 BbAFP1靶向基因缺失和过表达对A. brassicae抗真菌活性的影响

图3 番茄BbAFP1基因在番茄中的表达及其对病原菌的抗性