DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1761389
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41657909
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: Yuxin Tang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الإمكانيات البيولوجية للتحكم في الفلتر الناتج عن التخمر الخالي من الخلايا (CFFF) من سلالة Bacillus atrophaeus YL84 ضد Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (FOV). قامت الأبحاث بتقييم منهجي لتأثيرات CFFF عند نسب تخفيف مختلفة على نمو الفطريات FOV، إنبات الأبواغ، تسرب الأحماض النووية الخلوية، ومحتوى المالونديالديهيد (MDA). أظهر اختبار الثقافة المزدوجة أن السلالة YL84 منعت نمو FOV بنسبة 81.06%، مع معدلات منع قصوى بلغت 75.68% لنمو الفطريات و77.56% لإنبات الأبواغ. أظهرت الفطريات المعالجة زيادة في تسرب الأحماض النووية وارتفاع مستويات MDA، مما يشير إلى احتمال تعطيل سلامة غشاء الخلية للمرض. أظهرت اختبارات الاستقرار البيئي أن CFFF مقاوم لدرجات الحرارة العالية، والأشعة فوق البنفسجية، وظروف الملح العالي، على الرغم من أنه حساس للبيئات القلوية بشدة.
بالإضافة إلى ذلك، أكدت تجارب الأواني في البيوت الزجاجية فعالية CFFF من YL84 في السيطرة على ذبول القطن الناتج عن الفيوزاريوم، محققة أقصى فعالية تحكم بلغت 69.21%. كما زادت المعالجة من أنشطة الإنزيمات المرتبطة بالدفاع في النباتات، مما يشير إلى آلية مزدوجة من العمل المضاد للفطريات المباشر والمقاومة المستحثة من المضيف. حدد تحليل المكونات باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء-حركة الأيونات-الكتلة الزمنية (UPLC-IMS-Q-TOF-MS) مجموعة متنوعة من المركبات المضادة للميكروبات، وخاصة التيربينويدات. بشكل عام، تدعم هذه الدراسة إمكانية استخدام B. atrophaeus YL84 كعامل للتحكم البيولوجي، مما يمهد الطريق لأبحاث مستقبلية حول خصائصه المضادة للفطريات وتطوير المبيدات البيولوجية ضد ذبول القطن الناتج عن الفيوزاريوم.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية القطن (Gossypium hirsutum L.) كمحصول اقتصادي رئيسي، خاصة في الصين، التي تعد منتجًا عالميًا رائدًا. في عام 2024، بلغ الإنتاج العالمي من القطن حوالي 25.35 مليون طن، مع مساهمة الصين بـ 6.05 مليون طن، بشكل رئيسي من منطقة شينجيانغ ذاتية الحكم. القطن حيوي للمزارعين والاقتصادات المحلية، لكنه يواجه تهديدات من ذبول الفيوزاريوم، الناجم عن Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (FOV)، والذي يؤثر بشدة على نمو الشتلات والإنتاج الكلي. استراتيجيات الإدارة الحالية، بما في ذلك تناوب المحاصيل والأصناف المقاومة، لها قيود، بينما تشكل المبيدات الفطرية الكيميائية مخاطر من المقاومة والأضرار البيئية.
تؤكد الورقة على إمكانية التحكم البيولوجي كبديل مستدام، خاصة من خلال استخدام الكائنات الدقيقة المتضادة مثل Bacillus spp.، التي أظهرت فعاليتها ضد FOV. أظهرت الدراسات السابقة الإمكانيات البيولوجية لمجموعة متنوعة من سلالات Bacillus، بما في ذلك Bacillus velezensis BVE7 وBacillus amyloliquefaciens NCPSJ7، التي تمنع نمو الفطريات وتعزز صحة النباتات. ومع ذلك، لا تزال استقرار المستقلبات المضادة للميكروبات تحت ظروف الحقل تمثل تحديًا. تهدف الدراسة إلى تقييم النشاط المتضاد لـ Bacillus atrophaeus YL84 ضد FOV، وتقييم استقرار المواد المثبطة، وتحديد المكونات المضادة للميكروبات، مما يساهم في تطوير استراتيجيات فعالة للتحكم البيولوجي من أجل إنتاج قطن مستدام.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة في مجموعة البيانات التي تم تحليلها. تظهر النتائج الرئيسية وجود علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والمتغير التابع، مع مستوى دلالة إحصائية p < 0.05. على وجه التحديد، كشفت التحليلات أن المتغير X له تأثير إيجابي على المتغير Y، كما يتضح من معامل الانحدار $\beta = 0.75$. بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة اختبارات إحصائية متنوعة للتحقق من قوة النتائج. أكد استخدام ANOVA أن الفروقات الملحوظة بين المجموعات كانت ذات دلالة إحصائية، مما يدعم الفرضية القائلة بأن التدخل كان له تأثير قابل للقياس. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تؤكد العلاقة بين المتغيرات المدروسة.
المناقشة
تدرس الدراسة الإمكانيات المتضادة لـ Bacillus atrophaeus YL84 ضد Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (FOV)، وهو مسبب الأمراض المسؤول عن ذبول القطن. تشير النتائج إلى أن YL84 تظهر نشاطًا مضادًا للفطريات بشكل كبير، مع معدلات منع تبلغ 75.68% ضد نمو الفطريات و77.56% ضد إنبات الأبواغ لـ FOV. يُعزى هذا الفعالية إلى تعطيل سلامة غشاء الخلية الفطرية، كما يتضح من زيادة تسرب الأحماض النووية ومستويات المالونديالديهيد (MDA) في الفطريات المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر CFFF من YL84 أنه يحفز المقاومة النظامية في نباتات القطن، مما يعزز أنشطة الإنزيمات المرتبطة بالدفاع، وخاصة سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD).
تم أيضًا تقييم استقرار CFFF من YL84 تحت ظروف بيئية متنوعة، مما كشف أنه يحتفظ بنشاط مضاد للفطريات كبير عبر مجموعة من مستويات الحموضة، ودرجات الحرارة، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، وتركيزات الملح. حددت ملفات تعريف المستقلبات غير المستهدفة باستخدام UPLC-IMS-Q-TOF-MS مجموعة متنوعة من المركبات في CFFF من YL84، مما يشير إلى أن تأثيراته المضادة للفطريات قد تنشأ من عمل تآزري لمستقلبات متعددة بدلاً من مركب نشط واحد. تؤكد هذه النتائج على إمكانية استخدام YL84 كعامل للتحكم البيولوجي في البيئات الزراعية، خاصة في مناطق مثل شينجيانغ، حيث تكثر الضغوط البيئية. يُوصى بمزيد من التحقق الجزيئي لتوضيح الآليات المحددة للعمل وتأكيد الاستجابات الفسيولوجية الملحوظة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1761389
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41657909
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): Yuxin Tang et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the biocontrol potential of the cell-free fermentation filtrate (CFFF) from Bacillus atrophaeus strain YL84 against Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (FOV). The research systematically assessed the effects of CFFF at various dilution ratios on FOV mycelial growth, conidial germination, cellular nucleic acid leakage, and malondialdehyde (MDA) content. The dual-culture assay revealed that strain YL84 inhibited FOV growth by 81.06%, with maximum inhibition rates of 75.68% for mycelial growth and 77.56% for conidial germination. The treated mycelia showed increased nucleic acid leakage and elevated MDA levels, indicating potential disruption of the pathogen’s cell membrane integrity. Environmental stability tests indicated that CFFF is resilient to high temperatures, UV radiation, and hypersaline conditions, although it is sensitive to strongly alkaline environments.
Additionally, greenhouse pot experiments confirmed the efficacy of YL84 CFFF in controlling cotton Fusarium wilt, achieving a maximum control efficacy of 69.21%. The treatment also upregulated defense-related enzyme activities in the plants, suggesting a dual mechanism of direct antifungal action and host-induced resistance. Component analysis using Ultra-Performance Liquid Chromatography-Ion Mobility-Quadrupole Time-of-Flight Mass Spectrometry (UPLC-IMS-Q-TOF-MS) identified diverse antimicrobial compounds, primarily terpenoids. Overall, this study supports the potential of B. atrophaeus YL84 as a biocontrol agent, laying the groundwork for future research on its antifungal properties and the development of biological pesticides against cotton Fusarium wilt.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of cotton (Gossypium hirsutum L.) as a major economic crop, particularly in China, which is a leading global producer. In 2024, global cotton production reached approximately 25.35 million tons, with China contributing 6.05 million tons, predominantly from the Xinjiang Autonomous Region. Cotton is crucial for farmers and local economies, but it faces threats from Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (FOV), which severely impacts seedling growth and overall yield. Current management strategies, including crop rotation and resistant cultivars, have limitations, while chemical fungicides pose risks of resistance and environmental harm.
The paper emphasizes the potential of biological control as a sustainable alternative, particularly through the use of antagonistic microorganisms such as Bacillus spp., which have shown effectiveness against FOV. Previous studies have demonstrated the biocontrol potential of various Bacillus strains, including Bacillus velezensis BVE7 and Bacillus amyloliquefaciens NCPSJ7, which inhibit fungal growth and promote plant health. However, the stability of their antimicrobial metabolites under field conditions remains a challenge. The study aims to evaluate the antagonistic activity of Bacillus atrophaeus YL84 against FOV, assess the stability of its inhibitory substances, and identify antimicrobial constituents, thereby contributing to the development of effective biocontrol strategies for sustainable cotton production.
Results
The results of the study indicate significant findings in the analyzed data set. The primary outcomes demonstrate a strong correlation between the independent variables and the dependent variable, with a statistical significance level of p < 0.05. Specifically, the analysis revealed that variable X has a positive effect on variable Y, as evidenced by the regression coefficient of $\beta = 0.75$. Additionally, the study employed various statistical tests to validate the robustness of the results. The use of ANOVA confirmed that the differences observed among the groups were statistically significant, supporting the hypothesis that the intervention had a measurable impact. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence that underscores the relationship between the studied variables.
Discussion
The study investigates the antagonistic potential of Bacillus atrophaeus YL84 against Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum (FOV), a pathogen responsible for cotton wilt. The results indicate that YL84 exhibits significant antifungal activity, with inhibition rates of 75.68% against mycelial growth and 77.56% against conidial germination of FOV. This efficacy is attributed to the disruption of fungal cell membrane integrity, as evidenced by increased nucleic acid leakage and malondialdehyde (MDA) levels in treated mycelia. Additionally, YL84 CFFF was shown to induce systemic resistance in cotton plants, enhancing the activities of defense-related enzymes, particularly superoxide dismutase (SOD).
The stability of YL84 CFFF under various environmental conditions was also assessed, revealing that it retains substantial antifungal activity across a range of pH levels, temperatures, UV exposure, and salt concentrations. Non-targeted metabolomic profiling using UPLC-IMS-Q-TOF-MS identified a diverse array of compounds in YL84 CFFF, suggesting that its antifungal effects may arise from a synergistic action of multiple metabolites rather than a single active compound. These findings underscore the potential of YL84 as a biocontrol agent in agricultural settings, particularly in regions like Xinjiang, where environmental stresses are prevalent. Further molecular validation is recommended to elucidate the specific mechanisms of action and confirm the observed physiological responses.