内生生防芽孢杆菌B3-7生物薄膜（biofilm）形成与其在小麦根围长期定殖的关系研究

利用植物内生细菌进行植物病害尤其是植物土传病害的生物防治，可以克服利用根际细菌进行生物防治中容易出现的防效不稳定的现象。生防细菌在植物根系的定殖是其发挥生防作用的前提，细菌形成生物薄膜是其定殖的有效方式。研究生物薄膜形成的分子机制，有助于理解生防菌在植物根围的定殖机制。本研究利用已经获得的1株对两种小麦土传病害具有有效生防作用的小麦内生芽孢杆菌B3-7菌株及其3个影响生物薄膜形成的转座子插入突变体（分别为生物薄膜形成缺陷突变体bfd、生物薄膜形成延迟突变体bfl和提高生物薄膜产生能力突变体bfe），通过分离插入位点的侧翼序列，筛选基因组文库，分离出影响生物薄膜形成的基因。在此基础上，通过基因敲除、互补、超表达及不同生物薄膜形成变异突变体在根围定殖比较等手段解析基因在生防菌生物薄膜形成和生防菌在根围定殖中的作用，为揭示该生防菌环境适应性及其发挥生防作用的分子机制提供依据。

小麦纹枯病（sharp eyespots of wheat）和小麦全蚀病（take-all of wheat）是危害小麦生产的重要土壤传播病害。由于这些病害的病原物的寄主范围广，抗逆性强，尚缺乏有效的防治方法。小麦内生细菌作为定殖于小麦根系内部稳定存在的一类微生物，利用该类细菌生物防治小麦土传病害具有独特的优势。生防细菌在植物根系的定殖是其发挥生防作用的前提，细菌形成生物薄膜是其定殖的有效方式。研究生物薄膜形成的分子机制，有助于理解生防菌在植物根围的定殖机制。Bacillus cereus C3-7是一株能够稳定定殖于小麦根系的内生生防细菌，具有较强的生物薄膜形成能力。本研究利用已经获得的B.cereus B3-7菌株多个影响生物薄膜形成的转座子TnYLB-1插入突变体，分离并发现了13个功能基因参与生物薄膜的形成过程，其中ptsI编码磷酸烯醇式丙酮酸磷酸转移酶，ppk编码无机多聚磷酸激酶，ppx编码无机多聚磷酸酯酶，ctsR编码第3类胁迫基因阻遏蛋白，clpX编码分子伴侣蛋白，sigB编码逆境胁迫δb因子，abrB编码细菌生长过渡态调节因子，relA编码鸟苷4磷酸（ppGpp）合成酶，siglA编码δL激活蛋白，plcR编码多效调节因子，exsT编码胞外多糖转运蛋白，spo0A编码芽孢形成主效调节因子，hpaB编码未知功能蛋白。其中ptsI、ctsR、clpx、siglA、exsT和hpaB这6个基因参与生物薄膜形成尚未见报道。通过分析上述基因及其产物在B3-7菌株生物薄膜形成中的作用。发现内生生防菌株B3-7在生长过程中对于碳源获取、逆境胁迫适应、无机磷酸盐的积累和代谢、群体感应、生长状态改变及其调节的信号传递等过程均参与生物薄膜的形成过程。发现生防细菌形成生物薄膜后，有助于其在包括植物根系在内的自然环境中长期存活，有助于生防作用的长期发挥。但是，生防菌形成生物薄膜后，其生理代谢活性降低，对于病害的防治能力在特定的条件下会降低。如何协调二者之间的关系，提高细菌对于环境适应的同时不影响其生防活性的发挥。成为下一步研究的重点。