Pseudomonas mosselii 923의 천연 피라졸로트리아진 슈도요오디닌은 식물 박테리아 및 곰팡이 병원균을 억제합니다.

Nature Communications 14권, 기사 번호: 734(2023) 이 기사 인용

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슈도모나드와 유사한 토양 거주 미생물에 의해 주로 생산되는 천연물은 항미생물 대사산물과 살충제의 일관된 공급원입니다. 여기에서 우리는 논밭의 벼 근권 토양에서 Pseudomonas mosselii 균주 923의 분리를 보고합니다. 이 균주는 특히 식물 세균 병원체인 Xanthomonas 종과 곰팡이 병원체 Magnaporthe oryzae의 성장을 억제합니다. 항균 화합물은 고해상도 질량 스펙트럼, 핵자기공명 및 단결정 X선 회절을 사용하여 정제되고 슈도요오디닌으로 식별됩니다. 게놈 차원의 무작위 돌연변이 유발, 전사체 분석 및 생화학적 분석은 의사요오드 생합성 클러스터를 psdABCDEFG로 정의합니다. 슈도요오디닌 생합성은 구아노신 삼인산으로부터 시작되는 것으로 제안되었으며 1,6-디데스메틸톡소플라빈은 생합성 중간체입니다. 트랜스포손 돌연변이 유발은 GacA가 글로벌 조절자임을 나타냅니다. 더욱이, 두 개의 비암호화 소형 RNA인 rsmY와 rsmZ는 유사요오드 전사를 긍정적으로 조절하고, psdA의 발현을 부정적으로 조절하는 탄소 저장 조절인자 CsrA2와 CsrA3를 조절합니다. 발효에 사용되는 배지를 최적화하고, 생합성 오페론을 과발현하고, CsrA 결합 부위를 제거함으로써 슈도요오드 생산이 22.4배 증가했습니다. planta의 균주 923과 정제된 슈도요오드닌은 모두 벼 기주에 영향을 주지 않고 병원균을 억제하는데, 이는 슈도요오드닌이 식물 질병을 제어하는 데 사용될 수 있음을 시사합니다.

쌀(Oryza sativa L.)은 전 세계적으로 중요한 주요 작물이며 식량 농업 기구(FAO)1에 의해 식량 안보를 위한 전략 작물로 간주됩니다. 불행하게도 쌀 생산은 Xanthomonas oryzae pv.에 의해 유발되는 세균성 잎 마름병(BLB), 세균성 잎 줄무늬(BLS) 및 쌀 도열병과 같은 파괴적인 질병을 포함한 여러 가지 제약으로 인해 방해를 받습니다. oryzae (Xoo), X. oryzae pv. oryzicola (Xoc) 및 Magnaporthe oryzae가 각각2,3입니다. 현재, 질병 저항성(R) 유전자를 가진 벼 품종의 재배는 다른 관리 방식보다 X. oryzae를 방제하는 데 더 나은 선택인 것으로 보입니다2,4; 그러나 중국에 심은 품종은 일반적으로 병원체5에 취약합니다. 벼 질병을 방제하기 위해 화학적 살균제와 살균제가 자주 사용되지만6, 이들의 사용으로 인해 오염, 약물 저항성 및 병원균이 재발하는 결과를 낳았습니다7,8. 환경 친화적인 제어 접근법은 길항 박테리아를 생물학적 방제제(BCA)로 사용하는 것입니다. BCA는 항생제, 사이드로포어 및 휘발성 화합물을 포함한 생리활성 2차 대사산물을 생성하여 병원균을 억제할 수 있습니다9.

천연물(NP)은 항미생물 대사산물과 약물 리드의 일관된 공급원이며 주로 토양에 서식하는 미생물에 의해 생산됩니다10,11. 슈도모나스(Pseudomonas) 종은 토양, 물, 동물 및 식물 근권에 지속되는 그람 음성 박테리아입니다. 슈도모나드는 페나진, 피롤 유도체, 2,4-디아세틸플로로글루시놀(2,4-DAPG) 및 성장 촉진 물질을 포함한 많은 항균성 NP를 생성하여 환경 스트레스에 잘 적응하고 식물 병원체의 BCA로 적합합니다12. 슈도모나스의 많은 2차 대사산물은 GacS/GacA 2성분 시스템(TCS)13, 비코딩 소형 RNA(sRNA) 및 CsrA/RsmA 단백질14에 의해 조절됩니다. 게놈 서열 분석의 출현으로 현대 농업16 및 인간 건강17에 도움이 되는 수많은 항균제가 전 세계 미생물군집15에서 발견되었습니다. 그러나 다제내성 병원체18의 지속적인 개발로 인해 작물 박테리아 및 곰팡이 질병을 통제하기 위한 새로운 NP를 발견하는 것이 시급해졌습니다.

fluviols20, nostocine A21 및 pseudoiodinine22을 포함하여 자연 발생 헤테로고리 피라졸로[4,3-e][1,2,4]트리아진 계열의 구성원이 지난 40년 동안 분리되고 특성화되었습니다. 슈도요오디닌 구조는 피라졸 고리와 두 개의 메틸기가 융합된 1,2,4-트리아진 부분을 포함합니다. 피라졸로트리아진 계열의 유도체는 항종양, 항바이러스 및 항균 활성을 포함한 광범위한 생물학적 기능을 나타냅니다. 특히, 슈도요오디닌은 육종에 대해 강력한 항신경억제 활성을 나타냈습니다25. 흥미롭게도 슈도요오드닌의 생합성 경로와 생합성 유전자 클러스터(BGC)는 아직 밝혀지지 않았으며 합성 생물학과 생리활성 유도체 개발을 위한 풍부한 자원으로 남아 있습니다.

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>