Природный пиразолотриазин псевдойодинин из Pseudomonas mosselii 923 ингибирует растительные бактериальные и грибковые патогены.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 734 (2023) Цитировать эту статью

5806 Доступов

2 цитаты

31 Альтметрика

Подробности о метриках

Натуральные продукты, в основном производимые псевдомонадоподобными почвенными микроорганизмами, являются постоянным источником противомикробных метаболитов и пестицидов. В настоящей работе сообщается о выделении штамма Pseudomonas mosselii 923 из ризосферных почв риса рисовых полей, который специфически ингибирует рост бактериальных возбудителей растений вида Xanthomonas и грибкового возбудителя Magnaporthe oryzae. Антимикробное соединение очищается и идентифицируется как псевдойодин с использованием масс-спектров высокого разрешения, ядерного магнитного резонанса и монокристаллической рентгеновской дифракции. Полногеномный случайный мутагенез, анализ транскриптома и биохимические анализы определяют кластер биосинтеза псевдойода как psdABCDEFG. Биосинтез псевдойодинина предлагается инициировать из гуанозинтрифосфата, а промежуточным продуктом биосинтеза является 1,6-дидесметилтоксофлавин. Мутагенез транспозонов показывает, что GacA является глобальным регулятором. Кроме того, две некодирующие малые РНК, rsmY и rsmZ, положительно регулируют транскрипцию псевдойодинина, а регуляторы хранения углерода CsrA2 и CsrA3, которые отрицательно регулируют экспрессию psdA. Увеличение продукции псевдойода в 22,4 раза достигается за счет оптимизации среды, используемой для ферментации, сверхэкспрессии биосинтетического оперона и удаления сайтов связывания CsrA. И штамм 923, и очищенный псевдойодинин in planta ингибируют патогены, не влияя на рис-хозяин, что позволяет предположить, что псевдойодинин можно использовать для борьбы с болезнями растений.

Рис (Oryza sativa L.) является основной культурой мирового значения и рассматривается Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН (ФАО)1 как стратегическая культура для обеспечения продовольственной безопасности; к сожалению, производство риса затруднено множеством ограничений, включая разрушительные заболевания, такие как бактериальная пятнистость листьев (BLB), бактериальная полосатость листьев (BLS) и ожог риса, которые провоцируются Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), X. oryzae pv. oryzicola (Xoc) и Magnaportthe oryzae соответственно2,3. В настоящее время выращивание сортов риса с генами устойчивости к болезням (R) представляется лучшим вариантом борьбы с X. oryzae, чем другие схемы управления2,4; однако сорта, высаженные в Китае, обычно восприимчивы к этим патогенам5. Хотя химические фунгициды и бактерициды часто используются для борьбы с болезнями риса6, их использование привело к загрязнению окружающей среды, развитию лекарственной устойчивости и возрождению патогенов7,8. Экологичный подход к контролю заключается в потенциальном использовании бактерий-антагонистов в качестве агентов биоконтроля (BCA), которые могут подавлять патогены путем производства биологически активных вторичных метаболитов, включая антибиотики, сидерофоры и летучие соединения9.

Натуральные продукты (НП) являются постоянным источником антимикробных метаболитов и лекарственных препаратов и в основном производятся почвенными микроорганизмами10,11. Виды Pseudomonas — это грамотрицательные бактерии, которые сохраняются в почве, воде, животных и ризосфере растений. Псевдомонады продуцируют множество антимикробных НЧ, включая феназин, производные пиррола, 2,4-диацетилфлороглюцинол (2,4-ДАФГ) и вещества, стимулирующие рост, что делает их хорошо адаптированными к стрессу окружающей среды и пригодными в качестве БЦА фитопатогенов12. Многие вторичные метаболиты Pseudomonas регулируются двухкомпонентной системой GacS/GacA (TCS)13, некодирующей малые РНК (мРНК) и белки CsrA/RsmA14. С появлением геномного секвенирования в глобальном микробиоме15 было обнаружено множество противомикробных препаратов, которые приносят пользу современному сельскому хозяйству16 и здоровью человека17. Однако продолжающаяся разработка патогенов с множественной лекарственной устойчивостью18 повысила актуальность открытия новых НЧ для борьбы с бактериальными и грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур.

Члены природного гетероциклического семейства пиразоло[4,3-e][1,2,4]триазинов были изолированы и охарактеризованы за последние 40 лет19, включая флувиолы20, ностоцин А21 и псевдойодинин22. Структура псевдойодинина содержит 1,2,4-триазиновый фрагмент, слитый с пиразольным кольцом и двумя метильными группами. Производные семейства пиразолотриазинов обладают широким спектром биологических функций, включая противоопухолевую, противовирусную и антибактериальную активность23,24. В частности, псевдойодинин проявлял сильную противоопухолевую активность против саркомы25. Интересно, что путь биосинтеза и кластеры биосинтетических генов (BGC) псевдойодинина не выяснены и остаются богатым ресурсом для синтетической биологии и разработки биологически активных производных.

0.05). e, f Disease lesions areas on field-grown rice inoculated with strain 923 and (e) Xoo PXO99A or (f) Xoc RS105. Lesion areas were determined at 15 dpi (n = 15 independent leaves, means ± SD), ***P < 0.001, ***P = 1.2×10−15, = 1.3×10−14 in sequence of e; ***P < 0.001, ***P = 4.7 × 10−13, = 3.2 × 10−11 in sequence of f; ns, not significant (P > 0.05). The statistical significance of the lesion areas inoculated with Xoc or Xoo was determined using the LSD test method and one-way ANOVA; The center bar represents the mean, and Min to Max of box and whiskers was used. The experiments were repeated three times independently with similar results./p>

5 μM caused a significant reduction in lesion size (Supplementary Fig. 3b, c), indicating that pseudoiodinine effectively inhibits the growth of Xoo PXO99A and Xoc RS105 in rice tissue. Interestingly, we observed that pseudoiodinine also significantly reduced lesion area of rice blast caused by the fungus M. oryzae R01-1 (Supplementary Fig. 12). The above data demonstrate that the compound is a promising biopesticide both for bacterial and fungal diseases in rice./p>

5 μM (Supplementary Fig. 3b, c)./p> 50%. The whole genome of 923 was sequenced using the Illumina Miseq PacBio sequencing platform at Personalbio (Shanghai, China). Average nucleotide identity (ANI) values were calculated using the J Species WS online service64. To determine the precise phylogenetic position of strain 923, all publicly available Pseudomonas genome sequences and related strains were retrieved from the NCBI GenBank database and included in the phylogenetic analyses according to the Type Genome Server (TYGS) (https://tygs.dsmz.de). The whole-genome sequence of strain 923 was deposited in the NCBI BioProject Database (BioProject ID: PRJNA826312)./p>100/plate). Above inoculation experiments were repeated three times independently./p>Tnp Transposome™ Kit (Lucigen, TSM08KR) was electroporated into 923 competent cell, then screening mutants that absolutely losing or partially attenuated antagonistic activity against Xoo PXO99A. The rescued cloning of the EZ-Tn5 < R6Kγori/KAN-2> Transposon insertion site in the 923 genomic DNA was given according to the manufacturer's protocols./p>

1 were used to establish significance. Volcano plots were created using the R language ggplots2 package and plot_volcano from soothsayer (https://github.com/jolespin/soothsayer) in Python v. 3.6.6. Heatmaps were produced by R language and the Pheatmap software package (https://rdrr.io/cran/pheatmap/). Euclidean and complete linkage methods were used to calculate distance and clustering, respectively./p>