近日，本室陈功友教授团队在国际权威杂志《Nature Communications》上发表了题为“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。上海交通大学博士后杨瑞环和石清为论文的共同第一作者，陈功友教授和农业与生物学院邹丽芳副教授为共同通讯作者。
植物在生长发育过程中会受到各种病原菌的侵染危害，导致植物死亡和显著经济损失。水稻作为全球主要粮食作物之一，常被稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)等侵染，引起水稻白叶枯病、条斑病和稻瘟病等重要致灾病害。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。该研究工作科学假说认为，对上述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。该菌株产生的拮抗物质吡唑三嗪(pseudoiodinine)由psdABCDEFG操纵元决定其生物合成，三磷酸鸟苷(GTP)和1,6-didesmethyltoxoflavin (1,6-DDMT)分别是合成途径的前体化合物和中间体。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，最早报道是由假单胞菌(P. fluorescens var. pseudoiodinum)产生，但目前尚未揭示其遗传学、生物合成和调控机制。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)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，其中对白叶枯病菌和条斑病菌的抑菌活性最强。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3)。
图2. 生防假单胞菌923能够抑制水稻病原菌
图3.生防假单胞菌923菌株产生pseudoiodinine和抑制植物病原菌能力分析
上述研究结果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，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，亦或未来动物肿瘤治疗药物研发，均具有潜在的重大应用价值。
本室林双君教授和黄婷婷副研究员指导了该项研究，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(2022YFD1400200, 2017YFD0200400)、国家自然科学基金重点项目(31830072)和上海市科技兴农项目(2020‐02‐08‐00‐08‐F01462)的资助。
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