PCE 中山大学姚楠教授和李文均教授团队揭示贝莱斯芽孢杆菌ES-120通过不同代谢物实现植物抗病和促生双重功能。
研究背景：
植物促生菌（Plant growth-promoting bacteria, PGPBs）是一类重要的植物有益菌，可作为微生物菌剂广泛用于农业生产中。芽孢杆菌属（Bacillus）是目前生产上常用的一类有益菌，其可以合成大量的代谢物，在植物抗病和促生中发挥功能。
文章速读：
中山大学生命科学学院姚楠教授团队联合李文均教授团队，报道了一株从新疆盐生植物中分离出的新的贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis ES-120，通过不同类别代谢物实现抗病和促生双重功能的作用机制。一方面，ES-120分泌的可溶性物质（经过HPLC检测富含脂肽类物质）表现出显著的抑菌作用，而对植物生长无显著影响。另一方面，ES-120产生的挥发物对植物生长有显著促进作用，并且两类植物激素——生长素（IAA）和油菜素内酯（BR）通路参与该促生过程。在番茄和小白菜上的温室实验进一步证明了ES-120作为PGPB应用于农业生产的潜力，本研究为开发新的微生物菌剂提供了理论依据。
正文导读：
注明：本导读只展示主要结果，全部的研究结果可查看文章全文。
1.ES-120合成的可溶性物质对土传病原真菌表现出显著抑制作用
ES-120合成的可溶性代谢物对农业生产上造成重大危害的土传病原真菌——尖孢镰刀菌具有显著拮抗作用，并且该抑菌物质经蛋白酶K、紫外照射、高温和强酸强碱处理后仍能稳定作用（图1A）。经过富集培养和HPLC检测，发现ES-120产生的抑菌物质中含有Fengycin、Surfactin等脂肽类物质（图1B），并且其在平板和拟南芥上都表现出对尖孢镰刀菌的显著抑制作用（图1C-D）。同时，将ES-120合成的可溶性代谢物对幼苗和4周龄拟南芥植株进行处理，发现对生长均无显著影响。
图1.ES-120合成的可溶性物质具有稳定的抑菌作用且富含脂肽类物质
2.ES-120产生的挥发物能够显著促进植物生长
利用I-Plate系统进行挥发物促生分析发现，ES-120能够显著促进拟南芥幼苗生长（图2A），在处理20天时，相比于对照组ES-120的挥发物促生效果达到443.40%（图2B）。在温室实验中，ES-120产生的挥发物对拟南芥植株也有显著的促生效果（图2C-D）。此外，ES-120的挥发物对尖孢镰刀菌生长并无影响，进一步表明ES-120通过完全不同的物质分别实现抗病和促生功能。
图2.ES-120分泌的挥发性物质（VOCs）对植物生长具有显著的促生效果
3.ES-120的促生效果不是通过单一物质发挥作用
为了探明起促生作用的功能物质，本研究利用HS-SPME/GC-MS对ES-120产生的挥发物进行检测，相比于对照共检测出8种浓度较高的挥发物（图3A）。但在对这8类物质的纯物质进行促生验证时，发现它们均无法复现ES-120接种时的高效促生效果（图3B）。这一结果表明，ES-120的挥发物是以某种特定比例的自然混合物形式共同作用于植物。
图3.ES-120 VOC的HS-SPME/GC-MS检测结果和单一物质的促生验证
4.ES-120的促生效果需要植物生长素和油菜素内酯的参与
植物激素在植物抗病和生长中均发挥重要作用，本研究首先发现植物生长素通路响应ES-120 VOC处理（图4A-B），同时，油菜素内酯通路突变体bri1-9（背景Col-0）和bri1-5（背景WS2）在ES-120 VOC处理下促生效果减弱，bri1-9甚至完全失去促生效果（图4C-D）。利用油菜素内酯合成抑制剂PPZ和生长素转运抑制剂NPA对幼苗处理，ES-120 VOC促生的效果相比对照也会减弱（图4E-F）。qPCR的结果也表明油菜素内酯和生长素通路相关基因在ES-120 VOC处理后上调（图4G）。这些结果都证明了这两类植物激素响应ES-120 VOC的处理并且参与其促生过程。
图4.植物的IAA和BR通路参与ES-120 VOC的促生过程
最后，本研究在温室实验中，验证了ES-120对于番茄枯萎病具有显著防病效果（图5A-C），并且能够促进番茄株高（图5D）。同时，ES-120的挥发物可以显著促进小白菜的生长（图5E-F），进一步证明了ES-120作为植物有益菌应用于农业生产的巨大潜力。
图5.ES-120在番茄和小白菜上的生防和促生效果
该成果以Dual Roles of Bacillus velezensis ES-120 in Plant Disease Suppression and Growth Promotion为题发表在植物学一区Top期刊Plant Cell Environment上。中山大学博士研究生杨畅和已毕业硕士张雨萌为论文的共同第一作者，中山大学姚楠教授为通讯作者，中山大学李文均教授、中国学院新疆生态与地理研究所副研究员房保柱以及中山大学博士后高磊对文章做出了重要贡献。该研究得到了广东省自然科学基金（2025A1515010084）和广东省国家重点实验室专项经费的资助。
论文信息：
题目：Dual Roles of Bacillus velezensis ES-120 in Plant Disease Suppression and Growth Promotion
作者：杨畅#，张雨萌#，房保住，王健，高磊，张坤，黄曼青，李永康，陈奕里，蔡馨，李文均，姚楠*
期刊：Plant Cell Environment
DOI:10.1111/pce.70635
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pce.70635
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期刊简介：
Plant Cell Environment (PCE) 是植物科学领域的国际期刊，专注发表植物对环境响应机制的高质量原创理论与实验研究成果。期刊涵盖生物学、生理学与生态学等多学科视角，欢迎从分子到群落各个尺度的研究，为深入理解植物–环境互作提供前沿平台，是植物环境生物学领域的重要学术交流阵地。
2025 JIF：6.9 ｜ CiteScore：10.2
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/13653040
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来源：Plant Cell & Environment