DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1732585
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41756118
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Haixia Shi وآخرون
الموضوع الرئيسي: مكافحة مسببات الأمراض الفطرية للنبات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانيات سلالة *Bacillus amyloliquefaciens* D-1 كعامل للتحكم البيولوجي ضد مرض بقع الأوراق في *Pseudostellaria heterophylla*، الذي تسببه العامل الممرض *Alternaria alternata*. تسلط الدراسة الضوء على التهديد الكبير الذي يشكله هذا المرض، والذي يؤدي إلى خسائر في المحاصيل وتلوث بالسموم الفطرية في هذه العشبة الطبية. تم عزل السلالة D-1 من منطقة الجذور لـ *P. heterophylla*، وتم تقييم خصائصها المضادة للفطريات من خلال اختبارات في المختبر وتجارب في الأواني. أظهرت النتائج معدل تثبيط قدره 54.7% لـ *A. alternata* باستخدام سوائل التخمر الخالية من الخلايا، مع تقليل مستخلصات الليبوببتيد الخام لمساحة الآفات بنسبة 92.0% ومستويات السموم الفطرية بنسبة 77.0-98.1%.
كشفت التحليلات الجينومية عن تسعة مجموعات من الجينات البيوسنتيكية المرتبطة بإنتاج الليبوببتيدات الدائرية، بما في ذلك الفينغيسين، الإيتورين، والسورفاكتين، والتي تم تأكيدها من خلال كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء-مطياف الكتلة (HPLC-MS). لم تقم هذه الليبوببتيدات فقط بتثبيط نمو الفطريات من خلال تعطيل تفرع الخيوط وتكوين الجراثيم، بل أيضًا حفزت المقاومة النظامية في *P. heterophylla*، كما يتضح من زيادة تراكم فوق أكسيد الهيدروجين وترسيب الكالوز. تؤكد النتائج على الدور المتعدد الوظائف للسلالة D-1 في إدارة الأمراض، حيث تجمع بين العمل المضاد للفطريات المباشر، وقمع تخليق السموم الفطرية، وتعزيز مقاومة المضيف، مما يوفر نهجًا مستدامًا لإدارة *A. alternata* في زراعة النباتات الطبية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية *Pseudostellaria heterophylla*، وهي نبات طبي صيني تقليدي، تم استخدامه لأكثر من قرن بسبب مكوناته النشطة بيولوجيًا التي تمنح فوائد صحية متنوعة، بما في ذلك تأثيرات مضادة للإرهاق ومعدلة للمناعة. ومع ذلك، أدى زيادة زراعة هذا النبات إلى ارتفاع حالات الأمراض، وخاصة مرض بقع الأوراق الذي تسببه *Alternaria alternata*، والذي يشكل تهديدًا كبيرًا لمحصوله. من المعروف أن *A. alternata* تؤثر على مجموعة واسعة من المحاصيل وتنتج سمومًا فطرية لها آثار ضارة، مما يستلزم استراتيجيات إدارة فعالة.
تثير المبيدات الفطرية التقليدية، على الرغم من استخدامها الشائع، مخاوف بشأن المقاومة والسمية والأثر البيئي. تسلط الورقة الضوء على إمكانيات التحكم البيولوجي كبديل مستدام، خاصة من خلال استخدام البكتيريا المفيدة مثل *Bacillus spp.*، التي يمكن أن تقمع العوامل الممرضة من خلال آليات متنوعة. تركز الدراسة على عزل سلالة مضادة للفطريات ذات طيف واسع، *Bacillus amyloliquefaciens* السلالة D-1، من منطقة الجذور لـ *P. heterophylla*. تم تأكيد فعالية D-1 ضد *A. alternata* من خلال اختبارات مضادة للفطريات وتجارب في الجسم الحي، حيث كشفت التحليلات الجينومية والتمثيلية عن إنتاج الليبوببتيدات التي تحفز المقاومة النظامية في النبات. تسهم هذه الدراسة في تطوير استراتيجيات إدارة الأمراض الصديقة للبيئة في قطاع الطب العشبي الصيني.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، أدوات، أو عينات بيولوجية، ويصف البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية إعادة الإنتاج. يتضمن قسم الطرق أيضًا معلومات حول التحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها لتفسير البيانات، مع تسليط الضوء على التقنيات المستخدمة لتقييم أهمية النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتوسع القسم في إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم والدوافع وراء المنهجيات المختارة. يضمن هذا النهج الشامل أن البحث يمكن إعادة إنتاجه بدقة وأن النتائج قوية وموثوقة. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة حاسمة للتحقق من استنتاجات الدراسة وتقدم المعرفة في هذا المجال.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يتم الإبلاغ عن النتائج الرئيسية بشكل منهجي، مع تسليط الضوء على الاتجاهات والأنماط المهمة التي لوحظت في البيانات. يتم استخدام التحليلات الإحصائية، بما في ذلك قيم p وفترات الثقة، للتحقق من النتائج، مما يضمن القوة والموثوقية.
علاوة على ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح العلاقات بين المتغيرات أو تأثير التدخلات. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز وضوح النتائج، مما يسمح بتفسير ومقارنة أسهل. بشكل عام، تؤكد النتائج على الفرضيات الرئيسية للدراسة، مما يوفر أساسًا لمزيد من المناقشة والتداعيات في الأقسام اللاحقة.
المناقشة
تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات التحكم البيولوجي لسلالة *Bacillus amyloliquefaciens* D-1 ضد مرض بقع الأوراق الذي تسببه *Alternaria alternata* في *Pseudostellaria heterophylla*. تم عزل السلالة D-1 من منطقة الجذور لـ *P. heterophylla* وأظهرت نشاطًا مضادًا للفطريات كبيرًا في اختبارات الثقافة المزدوجة، حيث أظهر مرق التخمر الخالي من الخلايا معدل تثبيط قدره 54.7% ضد *A. alternata*. كشفت تسلسلات الجينوم عن مجموعة شاملة من مجموعات الجينات البيوسنتيكية للمواد الثانوية، بما في ذلك تلك الخاصة بالليبوببتيدات مثل الفينغيسين والسورفاكتين، والتي تُعزى إلى خصائصها المضادة للفطريات.
في تجارب الأواني، أدت العلاجات بالخلايا الحية، وسوائل التخمر، والليبوببتيدات إلى تقليل شدة المرض بشكل كبير، حيث أظهرت الليبوببتيدات أعلى فعالية. بالإضافة إلى ذلك، قامت الليبوببتيدات بتثبيط إنبات الجراثيم ونمو الخيوط لـ *A. alternata*، بينما قامت أيضًا بتقليل التعبير عن الجينات الرئيسية لتخليق السموم الفطرية. تشير الدراسة أيضًا إلى أن السلالة D-1 يمكن أن تحفز المقاومة النظامية في *P. heterophylla*، كما يتضح من زيادة تراكم فوق أكسيد الهيدروجين وترسيب الكالوز في النباتات المعالجة. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات *B. amyloliquefaciens* السلالة D-1 كعامل للتحكم البيولوجي في الممارسات الزراعية، خاصة لإدارة العوامل الممرضة الفطرية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1732585
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41756118
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Haixia Shi et al.
Primary Topic: Fungal Plant Pathogen Control
Overview
The research investigates the potential of Bacillus amyloliquefaciens strain D-1 as a biocontrol agent against leaf spot disease in Pseudostellaria heterophylla, caused by the pathogen Alternaria alternata. The study highlights the significant threat posed by this disease, which leads to yield losses and mycotoxin contamination in this medicinal herb. Strain D-1 was isolated from the rhizosphere of P. heterophylla, and its antifungal properties were evaluated through in vitro assays and pot experiments. The results demonstrated a 54.7% inhibition rate of A. alternata using cell-free fermentation supernatant, with crude lipopeptide extracts reducing disease lesion area by 92.0% and mycotoxin levels by 77.0-98.1%.
Genomic analysis revealed nine biosynthetic gene clusters (BGCs) associated with the production of cyclic lipopeptides, including fengycin, iturin, and surfactin, which were confirmed via high-performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS). These lipopeptides not only inhibited fungal growth by disrupting hyphal branching and spore germination but also induced systemic resistance in P. heterophylla, as evidenced by increased hydrogen peroxide accumulation and callose deposition. The findings underscore the multifunctional role of strain D-1 in disease management, combining direct antifungal action, suppression of mycotoxin biosynthesis, and enhancement of host resistance, thereby offering a sustainable approach to managing A. alternata in medicinal plant cultivation.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of *Pseudostellaria heterophylla*, a traditional Chinese medicinal plant, which has been utilized for over a century due to its bioactive components that confer various health benefits, including anti-fatigue and immunomodulatory effects. However, the increasing cultivation of this plant has led to heightened incidences of diseases, particularly leaf spot disease caused by *Alternaria alternata*, which poses a significant threat to its yield. *A. alternata* is known to affect a wide range of crops and produces mycotoxins with harmful effects, necessitating effective management strategies.
Conventional fungicides, while commonly used, raise concerns regarding resistance, toxicity, and environmental impact. The paper highlights the potential of biological control as a sustainable alternative, particularly through the use of beneficial bacteria such as *Bacillus spp.*, which can suppress pathogens through various mechanisms. The study focuses on the isolation of a broad-spectrum antifungal strain, *Bacillus amyloliquefaciens* strain D-1, from the rhizosphere of *P. heterophylla*. The efficacy of D-1 against *A. alternata* was confirmed through antifungal assays and in vivo experiments, with genomic and metabolomic analyses revealing the production of lipopeptides that induce systemic resistance in the plant. This research contributes to the development of eco-friendly disease management strategies in the Chinese herbal medicine sector.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, instruments, or biological samples, and describes the protocols followed to ensure reproducibility. The methods section also includes information on the statistical analyses performed to interpret the data, highlighting the techniques used to assess the significance of the findings.
In addition, the section may elaborate on the experimental setup, including control conditions and the rationale behind the chosen methodologies. This comprehensive approach ensures that the research can be accurately replicated and that the results are robust and reliable. Overall, the methods employed are critical for validating the study’s conclusions and advancing knowledge in the field.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments or analyses. Key outcomes are systematically reported, highlighting significant trends and patterns observed in the data. Statistical analyses, including p-values and confidence intervals, are utilized to validate the results, ensuring robustness and reliability.
Moreover, the section may include visual representations such as graphs or tables to illustrate the relationships between variables or the impact of interventions. These visual aids serve to enhance the clarity of the findings, allowing for easier interpretation and comparison. Overall, the results underscore the main hypotheses of the study, providing a foundation for further discussion and implications in subsequent sections.
Discussion
The research highlights the biocontrol potential of *Bacillus amyloliquefaciens* strain D-1 against the leaf spot disease caused by *Alternaria alternata* in *Pseudostellaria heterophylla*. Strain D-1 was isolated from the rhizosphere of *P. heterophylla* and demonstrated significant antifungal activity in dual-culture assays, with the cell-free fermentation broth exhibiting a 54.7% inhibition rate against *A. alternata*. Genome sequencing revealed a comprehensive set of secondary metabolite biosynthetic gene clusters, including those for lipopeptides such as fengycin and surfactin, which are implicated in its antifungal properties.
In pot experiments, treatments with live cells, fermentation supernatant, and lipopeptides significantly reduced disease severity, with lipopeptides showing the highest efficacy. Additionally, lipopeptides inhibited spore germination and mycelial growth of *A. alternata*, while also downregulating key mycotoxin biosynthesis genes. The study further indicates that strain D-1 can induce systemic resistance in *P. heterophylla*, as evidenced by increased hydrogen peroxide accumulation and callose deposition in treated plants. These findings underscore the potential of *B. amyloliquefaciens* strain D-1 as a biocontrol agent in agricultural practices, particularly for managing fungal pathogens.