利用鞭毛依赖性伯克霍尔德菌巨型噬菌体S13防控水稻苗腐病并引导病原菌减毒的研究

这篇研究揭示了新型巨型噬菌体vB_BgluM-SURPRISE13（S13）通过特异性识别伯克霍尔德菌（Burkholderia glumae）鞭毛结构实现感染，在防控水稻苗腐病中展现出双重价值：直接裂解病原菌的同时，驱动病原菌通过鞭毛缺失突变减毒。该噬菌体具有227kb基因组（GC含量51.7%），属于Chiangmaivirus属，其温度敏感性（30°C活性最佳）与农业应用场景高度契合。研究首次证实鞭毛依赖性噬菌体可引导植物病原体减毒，为噬菌体生物防治（phage biocontrol）提供了新策略。

　　

基因组分析揭示S13为新型巨型噬菌体

从加拿大阿尔伯塔省圣阿尔伯特市采集的矮牵牛根际土壤中分离得到的噬菌体vB_BgluM-SURPRISE13（S13）展现出典型肌尾病毒形态，电镜观察显示其平均衣壳直径达155.6±4.7nm，收缩性尾部长约201.4±4.3nm。全基因组测序揭示这个巨型噬菌体具有227,647bp的双链DNA基因组，GC含量51.7%，编码236个预测蛋白但未发现tRNA。通过平均核苷酸一致性（ANI）分析，S13与已知Chiangmaivirus属成员RSL2、RSF1等具有84%左右的相似度，确认为该属新成员。

基因组功能注释发现S13具备典型的巨型噬菌体特征：编码19个核酸代谢相关蛋白（包括DNA聚合酶gp3/gp194、RNA聚合酶亚基等）、14个病毒结构蛋白、2个裂解酶（内溶素gp92和裂解转糖基酶gp55）。特别值得注意的是gp11（微管蛋白核苷酸结合域）和gp235（预测核壳蛋白）的存在，暗示其可能具有类似PhiKZ噬菌体的核样区室化复制机制，这种结构可保护噬菌体DNA免受宿主CRISPR系统攻击。

鞭毛作为关键受体驱动噬菌体感染

通过高通量筛选35株临床和农业来源的伯克霍尔德菌，发现S13能感染9个不同种属的菌株，包括引起水稻病害的B. glumae和B. gladioli。对噬菌体抗性突变体（S13^R）的全基因组测序揭示，所有突变均发生在鞭毛相关基因：LMG 2196菌株中出现flgA（P环伴侣蛋白）4bp缺失，AU6208菌株中出现flgC（近端杆组件）无义突变和flgK（钩-丝连接蛋白）移码突变。通过同源重组构建的等基因缺失株（ΔfliE、ΔflgC、ΔflgK）完全丧失游动能力，且对S13产生抗性，而基因互补可同时恢复游动性和噬菌体敏感性。

鞭毛结构的精细解析显示，S13靶向的flgC/flgF编码近端杆组件，负责将马达扭矩传递至细胞外结构；flgK构成钩-丝连接点；flgA则是肽聚糖锚定P环组装的关键伴侣蛋白。这些发现首次在伯克霍尔德菌中证实鞭毛作为噬菌体受体的分子机制。

温度依赖性活性与农业应用潜力

生长抑制实验显示S13在30°C（水稻最适生长温度）能完全抑制B. glumae生长24小时，生长抑制系数（GRC）达0.9；而在37°C（人体温度）仅能延迟生长5.5-11小时，GRC降至0.12-0.42。稳定性测试表明该噬菌体在30°C保存7天仍保持活性，但在42°C会迅速失活。这种温度敏感性恰与田间应用需求吻合——B. glumae病害爆发多发生在温暖潮湿环境，而噬菌体在常温土壤中能保持稳定。

水稻苗腐病的双效防控机制

在水稻（Oryza sativa "Zerawchanica"）幼苗模型中，S13处理使B. glumae感染的幼苗茎高恢复至3.8cm（未处理组仅2.5cm，P=0.0053），根长恢复至3.2cm（未处理组2.1cm，P=0.028）。更关键的是，约60%的噬菌体抗性突变体表现出显著减毒：ΔflgK和ΔflgC突变体致病的幼苗高度比野生型提高35-40%（P<0.01）。但值得注意的是，某些点突变株（如flgC^109C>G）在植物体内可能发生回复突变，提示实际应用中需考虑突变稳定性。

鞭毛缺失的适应性代价分析

游动能力缺失导致病原菌出现显著的适应性权衡（trade-off）：虽然ΔflgC等突变体在LB培养基中生长不受影响，但生物膜形成能力增强2-3倍。这种表型转换可能影响其在自然环境中的定殖能力。研究还发现B. glumae在37°C鞭毛表达量降低，这解释了噬菌体在高温环境活性减弱的部分原因。

该研究开创性地将鞭毛依赖性噬菌体的受体识别特性转化为抗毒力（anti-virulence）策略，为防控BPB（细菌性穗枯病）等作物病害提供了新思路。未来研究可探索S13与其他噬菌体的组合使用，或通过基因工程改造其尾丝蛋白以扩展宿主范围，从而发展更可持续的农业病原体控制方案。