李周坤,葉現(xiàn)豐,楊帆,黃彥,范加勤,王輝,崔中利,3*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,江蘇 南京210095;3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095;4.中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008)

植物病害是制約農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要因素之一,據(jù)統(tǒng)計(jì)全球主要農(nóng)作物的病害損失約占作物總產(chǎn)量的20%～40%,每年直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億美元[1-2],其中70%～80%的病害是病原真菌所致[3-4]。至2050年全球糧食產(chǎn)量需要增加70%以滿足日益增長的人口需求,令人擔(dān)憂的是自2000年以來,新的真菌類型或者真菌類植物病原菌(fungal-like plant pathogen)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢[5],糧食生產(chǎn)安全問題越來越受到關(guān)注,已成為最重要的國際問題之一[6]。

目前,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的植物病害主要以化學(xué)防治為主,而過度依賴和濫用化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)生了有害生物抗藥性、農(nóng)藥殘留超標(biāo)、環(huán)境污染等一系列問題,嚴(yán)重影響我國農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展[7]。為了避免過度依賴化學(xué)農(nóng)藥的農(nóng)業(yè)病害防治現(xiàn)狀,近年來利用微生物的抗菌、植物免疫調(diào)節(jié)以及根際或葉際微生物組調(diào)控作用,阻止病原菌入侵植物已成為有效策略[8-10]。生防微生物的抗菌方式具有多樣性,目前,受到關(guān)注比較多的生防微生物主要來自于假單胞菌(Pseudomonas)、芽胞桿菌(Bacillus)、伯克氏菌(Burkholderia)、溶桿菌(Lysobacter)、木霉(Trichoderma)和腐霉(Pythium)等屬[11-12],其中以枯草芽胞桿菌、哈茨木霉和寡雄腐霉等為代表的生防菌已被開發(fā)成商業(yè)化微生物菌劑,應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的病害控制,其主要作用機(jī)制包括拮抗作用、競爭作用、誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性等,且孢子形成特性使其在菌劑長效保存和土壤生存方面具有一定的優(yōu)勢。生防微生物進(jìn)入環(huán)境中受到環(huán)境因子的多變性[13]、植物與微生物互作過程中的免疫識別[14]以及植物根際調(diào)控[15]等因素的影響,生防微生物在開放環(huán)境中難以定殖且防治效果不穩(wěn)定,導(dǎo)致生物菌劑的實(shí)際應(yīng)用受到一定程度的限制。

在自然生態(tài)系統(tǒng)中,存在著大量不同類型的生物體,這些生物個(gè)體之間為爭奪養(yǎng)分和空間形成了復(fù)雜的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。捕食是生物體之間廣泛存在的一種相互作用模式,是構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)和維持生物多樣性的關(guān)鍵過程[16]。目前,捕食性微生物包括吸血球菌(Vampirococcus)、蛭弧菌(Bdellovibrio)、噬菌弧菌(Bacteriovorax)、Micavibrio、Daptobacter、擬桿菌(Bacteroidetes)和黏細(xì)菌(myxobacteria)等[17-18]。其中,蛭弧菌能夠直接入侵細(xì)胞周質(zhì)空間實(shí)現(xiàn)對革蘭氏陰性細(xì)菌的捕食,被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中改善水質(zhì)和治療水生動物細(xì)菌性疾病等方面[19]。此外,研究人員發(fā)現(xiàn)Micavibrioaeruginosavorus可通過黏附到細(xì)菌的細(xì)胞壁上,掠奪它們的養(yǎng)分來維持自身的生存和繁殖,研究成果為治療多種傳染性疾病提供了依據(jù),從而減緩了微生物耐藥性問題[20]。利用微生物的捕食作用能實(shí)現(xiàn)對病原微生物的控制,為農(nóng)業(yè)病害防治提供策略。

黏細(xì)菌是一類具有多細(xì)胞群體行為特征的革蘭氏陰性細(xì)菌,可以捕食包括細(xì)菌和真菌在內(nèi)的多種微生物,存在于土壤、樹皮、朽木、動物糞便、地衣和昆蟲等不同類型的環(huán)境中[21]。黏細(xì)菌具有超大的基因組(大約10 Mb),能形成類似真菌的不同形態(tài)的子實(shí)體結(jié)構(gòu),被稱為“高等原核生物”。該類群大多具有復(fù)雜的生活史和生長代謝調(diào)控過程以及較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力[22]。然而,黏細(xì)菌作為一類具有捕食特性的新型生防微生物,其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中植物病害控制方面的應(yīng)用并未引起太多的關(guān)注。本文綜述黏細(xì)菌對于微生物的捕食策略、抗菌機(jī)制、捕食的生態(tài)學(xué)功能等方面的研究進(jìn)展,評估捕食性黏細(xì)菌在病害防治方面的應(yīng)用潛力。同時(shí),討論目前黏細(xì)菌對于微生物的捕食研究方面所存在的問題及其應(yīng)對策略,為黏細(xì)菌應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的病害控制提供理論依據(jù)和策略。

1 黏細(xì)菌是一類通才型(generalist predator)的微生物捕食者

捕食性微生物分布廣泛,在5個(gè)門(Proteobacteria、Chloroflexi、Cytophagaceae、Actinobacteria和Nanoarchaeota)中的15個(gè)科均發(fā)現(xiàn)了捕食性細(xì)菌,包括寄生于硬蜱屬的立克次氏體(Rickettsia)等[23]。除細(xì)菌外,真菌中也存在具有捕食能力的類群,如Arthrobotrys等可以捕食線蟲和一些微生物[24]。微生物的捕食作用可能是通才型的(generalist predator),如黏細(xì)菌,對不同類型的細(xì)菌和真菌均具有捕食作用[25-26];也可能是專性的(obligate predator),如蛭弧菌,通過侵入革蘭氏陰性細(xì)菌的周質(zhì)空間進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對獵物細(xì)胞的分解[27]。然而,黏細(xì)菌和蛭弧菌都可以在固體界面上滑行運(yùn)動實(shí)現(xiàn)捕食,但是所涉及的分子機(jī)制是相互獨(dú)立的[28]。對于黏細(xì)菌的捕食研究開展的較早[29],其捕食作用與已報(bào)道的幾種捕食性微生物的作用方式不同。相對于以盤基網(wǎng)柄菌(Dictyosteliumdiscoideum)為代表的細(xì)胞吞噬作用、蛭弧菌(Bdellovibriobacteriovorus)為代表的胞質(zhì)入侵作用、溶桿菌(Lysobacter)為代表的分泌擴(kuò)散性抗菌物質(zhì)以及腐生螺旋體屬(Saprospira)為代表的通過黏性物質(zhì)捕捉獵物(Ixotrophy)等方式[30],黏細(xì)菌利用一種特殊的胞外獵殺機(jī)制入侵獵物菌落。

黏細(xì)菌的捕食策略類型分為:1)直接攻擊模式(frontal attack)。黏細(xì)菌細(xì)胞間相互合作形成直接攻擊模式,如黏細(xì)菌Myxococcussp. BS對軟腐果膠桿菌等病原細(xì)菌的捕食作用[26]。2)狼群圍捕攻擊模式(wolf pack attack)。黃色黏球菌(Myxococcusxanthus)DZ2對苜蓿中華根瘤菌(Sinorhizobiummedicae)AK21的捕食過程中,由于菌株AK21產(chǎn)生大量的胞外半乳葡聚糖抵御捕食,因此黏細(xì)菌DZ2采取一種先圍捕后獵殺的方式實(shí)現(xiàn)對獵物的捕食[31]。3)孤立捕食模式(solitary predation)。通常認(rèn)為黏細(xì)菌通過類似群體狩獵的策略捕食獵物[30],然而研究者也發(fā)現(xiàn)黏細(xì)菌單個(gè)細(xì)胞的孤立捕食也能實(shí)現(xiàn)對獵物細(xì)胞的獵殺[32-34]?；谧匀画h(huán)境中可獲取資源的局限性,多樣化的捕食策略有助于黏細(xì)菌類群在環(huán)境中的適應(yīng)能力。

2 捕食性黏細(xì)菌(predator)與獵物(prey)之間的多重博弈關(guān)系

目前,關(guān)于黏細(xì)菌捕食作用的研究主要集中在細(xì)菌捕食方面,包括黏細(xì)菌產(chǎn)生的次級代謝物、裂解酶、外膜囊泡(OMVs)等[30,35-36],其中次級代謝物的抗菌活性被認(rèn)為在黏細(xì)菌捕食過程中發(fā)揮著重要的作用[37-38],而外膜囊泡被認(rèn)為是黏細(xì)菌攻擊獵物的短距離“運(yùn)輸機(jī)”[39]。此外,黏細(xì)菌分泌的蛋白酶或肽酶、溶菌酶等裂解酶可能參與黏細(xì)菌的捕食作用[30,40],但到目前為止并無直接的證據(jù)。在黏細(xì)菌捕食大腸桿菌的研究中,轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)上千個(gè)基因響應(yīng)捕食過程,同時(shí)推測獵物細(xì)胞壁和蛋白質(zhì)是黏細(xì)菌攻擊的首要目標(biāo)[41]。與對細(xì)菌的捕食研究相比,黏細(xì)菌對真菌的捕食研究較少,僅涉及具有抗真菌活性的幾丁質(zhì)酶、β-1,3-葡聚糖酶等細(xì)胞壁裂解酶[42-44]以及抗真菌活性的次級代謝物[45]等。在細(xì)菌與真菌互作關(guān)系研究中,伯克霍爾德菌和沙雷氏菌分別進(jìn)化出三型分泌系統(tǒng)(T3SS)和六型分泌系統(tǒng)(T6SS),將毒性蛋白直接注入真菌細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)對真菌的獵殺[46-47]。與之不同的是,黏細(xì)菌通過分泌一種新型外膜型β-1,6-葡聚糖酶分解真菌細(xì)胞壁中的β-1,6-葡聚糖組分,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對植物病原真菌的捕食(圖1)[48]。目前具有酶活性的外膜蛋白主要包括膜結(jié)合蛋白酶或酯酶等[49-50],黏細(xì)菌來源的外膜型β-1,6-葡聚糖酶是目前已報(bào)道的唯一具有糖苷水解酶活性的外膜蛋白,具有廣譜的抗真菌活性,是黏細(xì)菌捕食真菌的關(guān)鍵因子[48]。

圖1 黏細(xì)菌與獵物細(xì)胞之間的捕食與防御策略Fig.1 The attack-defense model between predatory myxobacteria and prey

捕食性黏細(xì)菌通過多種模式攻擊獵物以獲取營養(yǎng)并建立競爭優(yōu)勢,而獵物群體面對捕食者的攻擊進(jìn)化出相應(yīng)的防御策略抵御微生物的捕食,從而實(shí)現(xiàn)種群的自我保護(hù)(圖1)。獵物抵御黏細(xì)菌捕食的防御策略類型主要分為:1)產(chǎn)生抑菌物質(zhì)。黏細(xì)菌可以分泌抗生素殺死獵物,而獵物也可以分泌抗菌物質(zhì)抑制黏細(xì)菌的生長。在黃色黏球菌(M.xanthus)DK1622與天藍(lán)色鏈霉菌(Streptomycescoelicolor)M45的互作研究中,鏈霉菌M45通過氣生菌絲和抗菌物質(zhì)抵御黏細(xì)菌的捕食[18],在黏細(xì)菌與芽胞桿菌的互作研究中也有類似的抑制作用報(bào)道[51]。此外,真菌也能夠產(chǎn)生具有生物活性的次級代謝物,如青霉菌產(chǎn)生的抗生素能夠抑制炭疽桿菌的生長[52],具有抑制黏細(xì)菌生長的可能。2)形成外圍屏障?？莶菅堪麠U菌(Bacillussubtilis)NCIB3610和大腸桿菌與黃色黏球菌(M.xanthus)DK1622的互作研究中,芽胞桿菌和大腸桿菌作為獵物類群通過產(chǎn)生胞外基質(zhì)和生物膜抵御黏細(xì)菌的入侵[53-54];根瘤菌利用分泌的胞外半乳葡聚糖保護(hù)細(xì)胞免受黏細(xì)菌的攻擊[31]。3)修飾捕食因子結(jié)構(gòu)。黏細(xì)菌捕食細(xì)菌的一個(gè)重要武器是抗生素myxovirescin(TA),地衣芽胞桿菌通過分泌糖基轉(zhuǎn)移酶(YjiC)對黏細(xì)菌分泌的抗生素TA進(jìn)行葡萄糖糖基化修飾,減弱其對自身細(xì)胞的毒性,進(jìn)而逃脫黏細(xì)菌的捕食[55](圖1)。4)共進(jìn)化。地衣芽胞桿菌在黏細(xì)菌的捕食壓力下進(jìn)化出對抗生素TA的修飾能力[55];在黏細(xì)菌與大腸桿菌共進(jìn)化研究中發(fā)現(xiàn),大腸桿菌通過增加黏液量降低黏細(xì)菌的運(yùn)動速度,同時(shí)通過突變自身的毒力蛋白-外膜蛋白酶(OmpT)以適應(yīng)捕食的壓力,而黏細(xì)菌則通過突變1個(gè)未知的eatB基因從而增強(qiáng)對細(xì)菌捕食的適應(yīng)性[56]。5)改變細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)組成。黏細(xì)菌通過分泌抗菌蛋白β-1,6-葡聚糖酶實(shí)現(xiàn)對真菌的獵殺,然而粗糙脈孢菌等微生物細(xì)胞壁不含β-1,6-葡聚糖,進(jìn)而避免了黏細(xì)菌的捕食[48,57]。6)其他類型。改變獵物細(xì)胞表面成分與細(xì)胞形態(tài)(如絲狀細(xì)胞)和增加游動速度等也能夠保護(hù)獵物逃避捕食[58]。

3 黏細(xì)菌捕食行為在土壤菌群生態(tài)調(diào)控中的功能

微生物群落中的捕食涉及原生生物、噬菌體以及具有捕食能力的細(xì)菌和真菌等[59]。黏細(xì)菌作為微生物食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的捕食者,在土壤微生物食物網(wǎng)中代謝活躍,在土壤生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著關(guān)鍵作用[60]。土壤中黏細(xì)菌占總細(xì)菌群落的比例為0.4%～4.5%,幾乎包含了所有黏細(xì)菌科或?qū)?因此,黏細(xì)菌被認(rèn)為是土壤細(xì)菌群落的重要組成部分[61]。此外,黏細(xì)菌在農(nóng)田土壤環(huán)境中與捕食性細(xì)菌存在顯著的正相關(guān)性,推測其在農(nóng)田土壤細(xì)菌群落調(diào)控方面具有重要的作用[62]。

盡管黏細(xì)菌廣泛分布,并且在微生物生態(tài)調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用,但對具體的影響或控制機(jī)制的研究并不統(tǒng)一。研究者在開展土壤微生物與植物互作關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn),黏細(xì)菌Corallococcussp. EGB能夠?qū)χ参锔H分泌物中麥芽糖和麥芽糖醇具有較強(qiáng)的趨化作用,使黏細(xì)菌向根部定向遷移并定殖。由于黏細(xì)菌EGB對包括尖孢鐮刀菌在內(nèi)的多種植物病原真菌和細(xì)菌均表現(xiàn)良好的捕食作用[25,48],在向根部遷移的過程中,黏細(xì)菌通過捕食作用調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。其中,Bacillus和Pseudomonas等潛在的病害生防菌以及植物促生菌(PGPR)等豐度上升,尖孢鐮刀菌黃瓜專化型(F.oxysporumf. sp.cucumerinum,FOC)數(shù)量明顯下降,從而抑制病害的發(fā)生[63]。研究結(jié)果為利用捕食性黏細(xì)菌調(diào)控土壤微生物菌落進(jìn)而實(shí)現(xiàn)植物病害的控制提供了新思路,同時(shí)也暗示著捕食性微生物作為土壤食物網(wǎng)的重要組成部分[64],在微生物生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)過程調(diào)控中起著重要的作用。

4 捕食性黏細(xì)菌在植物病害控制方面的應(yīng)用潛力

研究發(fā)現(xiàn)來源于不同種屬的黏細(xì)菌菌株對不同類型的植物病原菌均表現(xiàn)良好的抗菌活性[38,65-66],在植物病害生物防治方面表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價(jià)值。盆栽試驗(yàn)中,黏細(xì)菌對病原細(xì)菌、真菌和卵菌等造成的植物病害具有良好的生防效果,表現(xiàn)出較好的土壤定殖能力,從而保護(hù)植物免受病原菌的危害[25,63,67-68]。此外,在水果采后病害控制方面,黏細(xì)菌Corallococcussp. EGB產(chǎn)生的多種揮發(fā)性抗真菌次級代謝物(VOC),能夠有效抑制青霉菌對橘子的侵染[69],延長水果采后貨架期(圖2)。基于黏細(xì)菌潛在的生防效果,研究者進(jìn)一步開展了田間試驗(yàn)。黏細(xì)菌SorangiumcellulosumKYC 3262在辣椒炭疽病的防控試驗(yàn)中連續(xù)3年表現(xiàn)出穩(wěn)定的生防效果,防控效率與化學(xué)殺菌劑相當(dāng)[70]。黏細(xì)菌Corallococcussp. EGB在連續(xù)2年的黃瓜和香蕉枯萎病田間防控試驗(yàn)中也表現(xiàn)出良好的生防效果,并優(yōu)于化學(xué)藥劑處理,顯著提高作物產(chǎn)量[63](圖2)。

圖2 黏細(xì)菌Corallococcus sp. EGB在植物真菌病害控制方面的應(yīng)用性評估Fig.2 Application evaluation of of Corallococcus sp. EGB in the biocontrol of plant fungal disease a. 黏細(xì)菌利用揮發(fā)性抗菌物質(zhì)(VOC)抑制氣傳性植物病原菌的生長[69](VOC:抑制灰霉病菌對橘子的侵染);b. 黏細(xì)菌通過捕食和土壤微生物調(diào)控作用控制土傳枯萎病害的發(fā)生[63](捕食與調(diào)控:抑制黃瓜枯萎病菌對黃瓜的侵染)。a. Biocidal effects of volatile organic compounds(VOC)produced by the myxobacteria against fungal phytopathogens[69];b. Predation and microbial community regulation of myxobacteria are involved in the control of soil-borne Fusarium wilt[63].

與目前已報(bào)道的生防微生物相比,黏細(xì)菌在植物病害控制方面具有顯著的特點(diǎn):1)能在固體表面滑行運(yùn)動。黏細(xì)菌利用2種不同類型的運(yùn)動系統(tǒng)(A運(yùn)動:Adventurous motility;S運(yùn)動:Social motility)實(shí)現(xiàn)在固體界面的滑行運(yùn)動[71],降低微生物對土壤水分的要求[72],而土壤水分含量是生防微生物在土壤中運(yùn)動的限制因素之一[13]。2)產(chǎn)生豐富的抗菌物質(zhì)。從黏細(xì)菌中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量具有抗菌活性的次級代謝產(chǎn)物和酶類[43,73-74],是原核生物中僅次于放線菌的第二大次級代謝物來源菌。3)發(fā)育形成抗性黏孢子。黏細(xì)菌是革蘭氏陰性細(xì)菌,但可以分化或誘導(dǎo)分化形成具有抗逆性的孢子[75],有利于生防菌劑的研發(fā)和保存。4)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。黏細(xì)菌廣泛分布于土壤、水體、腐敗的樹木枯枝落葉、草食類動物的糞便等不同的環(huán)境,具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力[76-77]。5)能通過多樣化的策略捕食真菌和細(xì)菌[30,78]。黏細(xì)菌通才型的捕食特性、良好的環(huán)境適應(yīng)性、土壤微生物群落調(diào)控能力,使其被視為是一類新型的生防微生物,可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中植物病害的生防控制。

除了在植物病害生物防治方面,黏細(xì)菌在動物病害控制方面也表現(xiàn)一定的應(yīng)用潛力。研究人員發(fā)現(xiàn)包含不同種屬的113株黏細(xì)菌對多種動物致病菌均具有高效的捕食作用,包括肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumoniae)、奇異變形桿菌(Proteusmirabilis)、白色念珠菌(Candidaalbicans)、腸球菌(Enterococcus)、葡萄球菌(Staphylococcus)等[79]。此外,黏細(xì)菌分泌的具有生物活性的次級代謝物在保護(hù)動物健康方面也具有應(yīng)用潛力,如S.cellulosum來源的Ambruticin等可以有效抑制多種動物致病菌的生長;來源于Myxococcusstipitatus的Rhizopodin、S.cellulosum的Epothilone被認(rèn)為在抗腫瘤方面具有重要的作用[35,80]。黏細(xì)菌通過捕食作用和次級代謝物的抗菌作用使其在致病性微生物引起的動物病害控制方面也具有一定的應(yīng)用潛力。然而,目前黏細(xì)菌在病害防控中的作用還未引起足夠的關(guān)注和重視。

5 捕食性黏細(xì)菌在植物病害控制方面所面臨的問題

目前,捕食性黏細(xì)菌通過多種模式對植物病原菌進(jìn)行捕食或者抑制,在病害控制方面具有良好的應(yīng)用潛力,然而黏細(xì)菌捕食生物學(xué)研究中還存在一些瓶頸直接制約黏細(xì)菌的實(shí)際應(yīng)用。例如:1)黏細(xì)菌捕食行為的復(fù)雜性。目前對于黏細(xì)菌的捕食相關(guān)研究多數(shù)集中在行為特征的描述等方面,已確定的黏細(xì)菌捕食因子只有抗生素TA和外膜型β-1,6-葡聚糖水解酶等,而黏細(xì)菌在捕食過程中降解酶與代謝調(diào)控、互作關(guān)鍵因子、感知與獵物響應(yīng)、細(xì)胞依賴、群體捕食效率等方面的機(jī)制未知,限制了研究者對黏細(xì)菌捕食行為的深入了解。2)黏細(xì)菌生長與營養(yǎng)需求的特殊性。黏細(xì)菌特殊的生長發(fā)育方式導(dǎo)致黏細(xì)菌的分離周期長,且可培養(yǎng)性黏細(xì)菌資源有限,我國只有山東大學(xué)、廣東省微生物研究所、內(nèi)蒙古大學(xué)、河北大學(xué)等在黏細(xì)菌菌種資源收集方面建立了良好的基礎(chǔ)。同時(shí),黏細(xì)菌生長聚集成團(tuán)和豐富的胞外多糖等特性使野生型黏細(xì)菌的遺傳操作難以建立,具有優(yōu)良特性的野生型黏細(xì)菌的作用機(jī)制研究存在瓶頸。此外,黏細(xì)菌生長過程中的自溶特性也導(dǎo)致擴(kuò)大培養(yǎng)黏細(xì)菌受限,直接限制了黏細(xì)菌的實(shí)際應(yīng)用和菌劑的規(guī)?；苽?。3)研究材料的單一性。目前對于黏細(xì)菌的基礎(chǔ)研究主要是以黃色黏球菌(M.xanthus)DK1622為材料,然而黏細(xì)菌與植物、微生物共進(jìn)化過程中,不同種屬之間的特性差異較大,如黃色黏球菌DK1622分泌的次級代謝物具有良好的抗菌作用,而黏細(xì)菌EGB主要是通過分泌真菌細(xì)胞壁裂解酶實(shí)現(xiàn)對真菌的抗性作用,研究材料的單一性直接導(dǎo)致黏細(xì)菌捕食研究的進(jìn)展較為緩慢。

6 研究展望

目前,黏細(xì)菌的基礎(chǔ)研究主要是以黏細(xì)菌為模式生物,開展發(fā)育生物學(xué)、種群識別、進(jìn)化生物學(xué)以及生態(tài)學(xué)等研究,包括黏細(xì)菌子實(shí)體的形成、運(yùn)動性,多糖的生物合成,多形態(tài)細(xì)胞表面受體蛋白TraA(polymorphic cell surface receptor)及其互作蛋白TraB(cohort protein)依賴的外膜融合參與黏細(xì)菌細(xì)胞識別的作用以及生物多樣性等[81-82]。此外,以黏細(xì)菌為種質(zhì)資源庫,分離篩選一系列具有生物活性的次級代謝物,黏細(xì)菌已成為重要的生物活性物質(zhì)來源菌[83]。黏細(xì)菌早在1941年就被報(bào)道具有捕食細(xì)菌的能力,然而黏細(xì)菌是如何完成對細(xì)菌和真菌的捕食這一關(guān)鍵科學(xué)問題至今未知。因此,解析黏細(xì)菌的捕食機(jī)制是未來黏細(xì)菌研究的重要方向。

黏細(xì)菌在自然環(huán)境中分布廣泛,具有較高的豐度,然而已分離培養(yǎng)的黏細(xì)菌資源依然較少。廣東省微生物研究所科研人員利用病原菌作為被捕食菌構(gòu)建了直接面向生物防治用途的黏細(xì)菌篩選模型[38],為未來黏細(xì)菌分離方法的優(yōu)化提供了方向。同時(shí),2010年啟動的地球微生物組計(jì)劃(Earth Microbiome Project),也為獲取不同黏細(xì)菌的基因組信息,構(gòu)建基因資源庫提供了可能。此外,野生型黏細(xì)菌的分子生物學(xué)研究體系對于黏細(xì)菌研究的深入開展至關(guān)重要。研究者前期發(fā)現(xiàn)黏細(xì)菌細(xì)胞分散性、胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)、限制-修飾系統(tǒng)(restriction-modification system,R-M system)以及分泌系統(tǒng)等在黏細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程中起著重要的作用[84]。突破黏細(xì)菌胞外多糖的物理屏障,強(qiáng)化黏細(xì)菌生長過程細(xì)胞分散性,建立高效的遺傳轉(zhuǎn)化體系對于深入了解黏細(xì)菌的抗菌機(jī)制具有重要的作用。因此,為了促進(jìn)捕食性黏細(xì)菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的實(shí)際應(yīng)用,需要深入了解黏細(xì)菌捕食的作用機(jī)制和生態(tài)學(xué)功能,通過基因組學(xué)和培養(yǎng)組學(xué)等方法獲取具有良好抗菌活性的優(yōu)良菌株;利用代謝組學(xué)、蛋白和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等鑒定參與黏細(xì)菌捕食行為的關(guān)鍵因子,系統(tǒng)解析黏細(xì)菌的捕食和代謝調(diào)控機(jī)制;結(jié)合微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物保護(hù)等多學(xué)科交叉闡明捕食性黏細(xì)菌在自然環(huán)境中的生態(tài)學(xué)功能以及與植物、土壤微生物菌群之間的互作關(guān)系;同時(shí),建立和優(yōu)化黏細(xì)菌規(guī)?；囵B(yǎng)工藝,為黏細(xì)菌的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。