由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)引起的黄萎病严重危害着全世界作物,每年造成农作物经济产量的减少和农艺品质的下降。棉花黄萎病是一种蔓延极快的土传病害,素有“棉花癌症”之称。在棉花的农耕生产中,对黄萎病的防治主要以培育抗病品种、开展中耕深翻、轮作倒茬等田间措施,喷施化学合成农药等传统方式开展。由于分子育种周期较长,高抗棉花种质资源稀缺,且田间措施效果薄弱,使得高效便利的化学合成农药成为了生产中的主要防治措施。化学农药被广泛使用几十年,严重破坏了土壤生态结构,加重了农产品的农药残留成分。随着全球环保意识的提高和生物技术的发展,生物农药的开发和应用从二十世纪九十年代开始逐渐兴起,作物保护从化学防治转向生物防治已成为必然趋势。高效抗病的微生物是生物农药的主要杀菌因子,因而在棉花黄萎病的生物防治中,对拮抗微生物的筛选和抗性机制研究是目前主要任务。本研究主要目的是获得对棉花黄萎病具有高效抗病能力的微生物菌株,并能进一步了解生防菌株的拮抗机制。本研究中土壤根系微生物收集地主要覆盖上海、江苏、浙江、安徽、黑龙江、吉林、湖南、新疆等多个省份城市。样本来源广泛,其中包括:作物栽培区的棉花、大豆、玉米等植物带土根系;野外河道流域的杂草、作物带土根系;城市道路、海边岛屿的各种杂草带土根系等。本研究从前期收集的带土根系样本中分离纯化收集得到8,736株待测微生物菌株,用落叶型棉花黄萎病菌V07DF2、V08DF1、V15QY1、V08T2、V16DF4、V991进行抑菌圈试验,共获得148株具有拮抗作用的菌株。从中挑选抗性表型最优的15株进行基因组测序,经过微生物菌种16S核糖体DNA(ribosomal DNA,rDNA)序列的特征性比对,鉴定其中7株微生物菌种为Enterbacter;4株微生物菌种为Pseudomonas;2株微生物菌种为Delftia;1株微生物菌种为Bacillus;1株微生物菌种为Pantoea。在进一步的拮抗性复筛中,有两株菌株对棉花黄萎病菌表现出了显著的拮抗作用。一株菌株种属为Pseudomonas fluorescens,命名为XY2F4;另一株菌株种属为Pseudomonas donghuensis,命名为22G5。为了验证拮抗菌在植物中的应用效果,本研究分别对棉花品种TM-1和军棉1号进行了植物抗病实验。对实验进行病情指数统计,有XY2F4或22G5所保护的植株染病现象减轻,病情指数确有下降。综合结果证明,XY2F4和22G5对棉花黄萎病的蔓延有明显的抑制作用。通过对XY2F4和22G5的基因组测序、比较基因组分析和次生代谢物基因簇结构分析,预测XY2F4具有合成生防相关的次生代谢化合物基因簇2,4-二乙酰基间苯三酚(2,4-DAPG);22G5具有假单胞菌模式菌株Pseudomonas donghuensis HYS的7-羟基环庚三烯酚酮(7-Hydroxtropolone)合成基因簇。这些次生代谢物合成基因簇可能分别是XY2F4和22G5对黄萎病菌产生拮抗作用的关键基因组结构。本研究接下来将深入开展生防相关的代谢物合成基因簇拮抗性的机制研究,并与合成生物学相结合,推动高效工业化的抗黄萎病合成生物体系构建,挖掘棉花黄萎病拮抗菌株XY2F4和22G5的生物防治的应用潜力。