南京农业大学沈其荣院士团队在顶级期刊再获重要研究进展,微生物的“三国演义”,一场由代谢物导演的根际攻防战

在微生物肥料的多菌株复配研究中，传统观点普遍认为，具有拮抗作用的微生物类群由于存在潜在的互作冲突，不宜用于复合菌剂的开发与应用。然而，这一认知正受到新理论的挑战。以英国牛津大学Kevin Foster教授为代表的微生物生态学家提出“竞争主导菌群稳定”的假说，指出微生物群落内部的竞争关系实际上是维持其结构稳定的重要驱动力。据此推演，在植物根际微生态系统中引入具备竞争能力的外源功能微生物，可能通过增强根际菌群的整体竞争强度，有效压制土传病原菌的种群扩张。

芽孢杆菌（Bacillus）与木霉（Trichoderma）作为两类广泛应用于农业的有益微生物，分别以其促生和生物防控功能著称，并常在田间表现出显著的协同效应。但令人困惑的是，它们在实验室条件下却往往呈现相互拮抗的现象，这种“实验室拮抗—田间协同”的矛盾长期缺乏合理的分子生态学解释。

针对这一科学难题，南京农业大学沈其荣院士团队张瑞福教授课题组联合荷兰莱顿大学开展深入研究，并在国际权威期刊《The ISME Journal》上发表了题为Metabolite interactions mediate beneficial alliances between Bacillus and Trichoderma for effective Fusarium wilt control的最新成果。研究团队以贝莱斯芽孢杆菌SQR9（Bacillus velezensis）与哈茨木霉NJAU 4742（Trichoderma guizhouense）构建的互作体系为模型，综合运用全球土壤宏基因组分析、转录组测序、代谢物鉴定及基因突变验证等多种技术手段，系统揭示了跨界有益微生物如何通过代谢物介导形成稳定的联盟，共同抵御尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum，简称FOC）这一重要土传病原体。

该研究从分子层面阐明了有益微生物之间复杂的“化学对话”机制：在应对外界胁迫时，芽孢杆菌通过σB调控通路迅速分泌抗菌脂肽surfactin；后者不仅直接抑制病原菌，还能诱导木霉合成一种保护性次级代谢物T22azaphilone。与此同时，病原菌释放的毒素——镰刀菌酸——虽对部分微生物具有抑制作用，却意外地为木霉创造了短暂的生态位窗口；而木霉则能高效降解该毒素，从而解除对自身及伙伴菌的抑制，最终促成芽孢杆菌、木霉与病原菌之间形成动态而稳定的三方互作平衡。

这项工作首次系统描绘出由σB–surfactin–T22azaphilone–镰刀菌酸构成的多层次代谢互作网络，不仅破解了“实验室拮抗—田间协同”现象背后的生态机制，也为理解土壤微生物群落的组装规律提供了全新视角。更重要的是，研究强调，设计高效的复合微生物菌剂不能仅关注单一菌株的功能属性，更需深入解析成员间的代谢互作、信号交流及其在时空维度上的动态协调。通过主动引导和利用这些内在互作机制，有望开发出更加稳定、高效且环境友好的微生物制剂，为推动可持续农业发展和绿色植保策略提供坚实的理论支撑与技术路径。

本论文第一作者为南京农业大学资源与环境科学学院博士生解继驭，徐志辉教授与荷兰莱顿大学Ákos T. Kovács教授为共同通讯作者，沈其荣院士与张瑞福教授对本研究给予了全面指导。