枯草芽孢杆菌胞外基质蛋白TasA驱动代谢物介导的细菌-真菌跨界对话新机制

《The ISME Journal》：Offensive role of the Bacillus extracellular matrix in driving metabolite-mediated dialogue and adaptive strategies with the fungus Botrytis

本研究揭示了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）胞外基质（ECM）在拮抗灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）中的进攻性作用。研究人员发现ECM关键组分TasA蛋白不仅能介导细菌对真菌菌丝的紧密黏附，还可协同抗菌肽fengycin破坏真菌细胞壁β-葡聚糖层和细胞骨架完整性。尤为重要的是，TasA可作为不稳定代谢物bacillaene的载体，增强其抑菌活性。面对攻击，灰葡萄孢菌通过酶解fengycin、产生抗菌oxylipins等策略实现适应性生存。该研究首次阐明ECM组分在真菌抑制和适应性调控中的核心作用，为微生物互作机制提供了新范式。

　　

在微生物世界的隐秘战争中，细菌与真菌之间的军备竞赛始终悄无声息地进行着。其中，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）与植物病原真菌灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）的相互作用尤为引人注目。传统观点认为，这种相互作用是单向拮抗的——细菌通过分泌抗菌物质抑制真菌生长。然而，自然界中的微生物对话远比我们想象的复杂。在农业生产中，灰葡萄孢菌引起的灰霉病每年造成巨大的经济损失，而枯草芽孢杆菌作为生物防治剂展现出广阔应用前景。但为何在实际应用中防治效果不稳定？真菌如何在细菌攻击下幸存？这些谜题亟待解开。

发表在《The ISME Journal》上的这项研究颠覆了传统认知，揭示了微生物跨界相互作用中一场精妙的攻防战。由Alicia I. Perez-Lorente和Carlos Molina-Santiago等研究人员组成的国际团队发现，枯草芽孢杆菌的胞外基质（ECM）不仅是简单的结构支架，更是主动进攻的武器库，尤其是其中的TasA蛋白在细菌-真菌对话中扮演着前所未有的关键角色。

研究团队运用多组学联用技术揭示了这一复杂互作网络。通过双RNA测序（dual RNA-seq）分析共培养6小时后的转录组变化，结合非靶向代谢组学（untargeted metabolomics）在6、24、48小时时间点动态监测代谢物变化。采用分子网络（molecular networking）和GNPS平台进行代谢物注释，并通过原生质谱（native mass spectrometry）分析蛋白质-代谢物相互作用。研究还利用透射电镜（TEM）观察超微结构变化，免疫金标记（immunogold labeling）精确定位蛋白分布，磁共振成像（MRI）分析菌落物理特性，以及流式细胞术（flow cytometry）监测启动子活性变化。

Bacillus ECM介导与Botrytis的双向响应及适应性反应

研究发现枯草芽孢杆菌与灰葡萄孢菌的相互作用是动态的双向过程。短期共培养中，细菌虽能抑制真菌生长，但部分真菌群体能存活长达一个月，且贴近菌丝的细菌细胞死亡率显著升高，表明真菌存在主动防御机制。转录组分析显示，灰葡萄孢菌在与枯草芽孢杆菌互作6小时后，谷胱甘肽代谢、次级代谢产物生物合成等通路基因显著上调，而细胞骨架相关基因下调。尤为关键的是，缺乏ECM组分（如eps或tasA基因缺失）的突变株对菌丝的黏附能力明显受损，且诱导真菌活性氧（ROS）水平下降，表明ECM在跨界识别中起核心作用。

TasA通过改变Botrytis菌丝结构完整性削弱其致病力

TasA蛋白能引起灰葡萄孢菌菌丝卷曲变形，MRI分析显示TasA处理后的真菌菌落水分分布均匀性被破坏，表明基质完整性受损。免疫细胞化学和免疫电镜证实TasA特异性富集在真菌细胞壁几丁质-壳聚糖层，并引起β-葡聚糖层结构紊乱。同时，微管追踪剂染色显示TasA处理导致真菌细胞骨架微管焦点减少，伴随自噬体形成和细胞质损伤。在植物实验中，TasA处理显著减轻了灰霉病症状，证实其能削弱真菌致病力。

Botrytis通过产生抗菌oxylipins和降解fengycin实施反击

面对攻击，灰葡萄孢菌启动多层次防御策略。代谢组学发现真菌分泌多种氧脂素（oxylipins），其中十八碳四烯酸（SDA）对枯草芽孢杆菌具有强烈抗菌活性，最低抑菌浓度仅6.25 μg/mL。同时，真菌通过酶促反应降解fengycin，经分子网络分析发现多个fengycin结构变体（m/z 762.9354、755.9276等），其抗菌活性显著降低。RNA-seq数据进一步筛选出多个可能参与降解过程的胞外酶基因。

枯草芽孢杆菌通过分泌bacillaene和利用壳聚糖调整竞争策略

当主要抗菌物质fengycin被降解后，枯草芽孢杆菌转而增加bacillaene产量。这种高度不稳定的聚酮化合物能引起真菌菌丝顶端分裂和液泡化，表现出抑菌而非杀菌活性。研究发现TasA可作为bacillaene的稳定载体，原生质谱检测到TasA-bacillaene复合物特征质量位移。同时，细菌通过分泌壳聚糖酶（Csn）降解真菌细胞壁获取碳源，壳聚糖存在下fengycin启动子活性持续增强，壳聚糖酶与fengycin联用可协同增强真菌ROS水平。

研究结论深刻揭示了微生物相互作用的动态平衡本质。枯草芽孢杆菌ECM不仅是物理屏障，更是主动进攻的武器平台，通过TasA和fengycin的协同作用破坏真菌结构。而灰葡萄孢菌则通过代谢重组、形态适应和抗生素降解等策略实现反击。这种由ECM驱动的代谢物对话机制，为理解微生物竞争共存提供了新视角，对开发新型农业生物防治策略具有重要指导意义。该研究突破了对生物被膜传统功能的认知，证明其在跨界通讯中扮演着核心角色，为微生物生态学研究和应用开辟了新方向。