研究揭示链霉菌调控香蕉抗垦坍病的分子机制

近日，中国农科院基因组所（大鹏湾实验室）研究员程旭课题组与中国热带农业科学院热带生物技术研究所研究员谢江辉、王尉团队合作在《自然—通讯》在线发表了研究论文。该研究揭示了链霉菌通过产生的倍半萜类挥发物作为激发子，诱导香蕉根系分泌10-羟基癸酸，进而特异性富集具有抑病能力的芽孢杆菌类群，显著增强了香蕉对垦坍病的抗性。

新种链霉菌Sy2-11调控根际微生物实现对香蕉垦坍病的高效防控。中国农科院供图

香蕉垦坍病由尖孢镰刀菌古巴专化型（Foc）引起，是一种破坏性极强的土传病害，该病常被称为香蕉“癌症”，对全球香蕉产业及粮食安全构成严重威胁。传统化学防控手段防效欠佳，且易造成环境污染。

近年来，利用有益微生物开展生物防治被认为是推动农业可持续发展的理想路径。寻找能够安全且高效诱导植物产生“求救”响应的激发子，并解析其调控的植物—微生物互作网络，已成为发展新型根际微生态调控技术的关键环节。

链霉菌是土壤中一类著名的拮抗微生物，已知其可通过产生抗生素等物质直接抑制病原菌活动，但其作为信号分子诱导植物重塑根际微生物组的作用及调控机制尚不清楚。

研究团队前期从软珊瑚中鉴定出一株新种链霉菌：永兴链霉菌（Sy2-11）。在自然土壤条件下，接种Sy2-11可使香蕉垦坍病发病率从80%显著降至13.33%；而在灭菌土壤中其防病效果大幅下降，表明抑病作用高度依赖土壤原生微生物群。

研究发现，Sy2-11诱导香蕉根系分泌物中产生198种差异代谢物，其中10-羟基癸酸上调最为显著，其对核心芽孢杆菌具有极强的吸引作用，还能作为芽孢杆菌的高效碳源，促进其生长和生物膜形成。田间土壤中单独施用10-HCA可模拟出与接种Sy2-11相似的芽孢杆菌富集效应和抑病效果。实验表明，Sy2-11产生的挥发性有机物足以诱导远端根系大量分泌10-羟基癸酸。

永兴链霉菌诱导香蕉根际微生物组招募及对垦坍病的抗性的模式图。中国农科院供图

研究进一步揭示了链霉菌与芽孢杆菌之间的互惠关系：一方面，Sy2-11诱导分泌的10-羟基癸酸同样能促进其自身生长；另一方面，Sy2-11作为不具运动能力的放线菌，其孢子可附着在具有鞭毛的芽孢杆菌上，利用后者作为载体在复杂土壤环境中实现快速扩散和高效定殖。这一发现为“根际微生态调控”提供了全新理论框架，并为香蕉垦坍病的绿色防控及可持续农业发展提供了有效的技术策略。

该研究揭示了链霉菌施用后抑制香蕉垦坍病的微生物互作机制，链霉菌通过释放倍半萜类信号分子，诱导香蕉分泌10-羟基癸酸，后者作为特定芽孢杆菌类群的“食物”，招募这些有益细菌作为合作伙伴，协助香蕉抵抗病害。

此外，芽孢杆菌与链霉菌形成共生联盟，促进链霉菌的定向运动和扩散生长。这使得它们能够在香蕉根际占据生态位并在根系定殖，最终帮助香蕉抵御垦坍病菌的入侵。研究将为“根际微生态调控”提供理论支撑和有效方法，并将在可持续农业中发挥更积极的作用。

中国热科院热带生物技术研究所副研究员陈宇丰和冯筠庭为论文共同第一作者，程旭和谢江辉、王尉为论文共同通讯作者。