[发明专利]生物防治增强剂

说明书

本发明涉及鉴定和使用天然植物化合物，所述化合物用于诱导、增强和维持有益根际细菌在植物或其部分上形成生物膜，以及相反地，抑制植物病原体形成生物膜和菌膜。还描述了用于刺激来自有益根际细菌的基质生成和增强根际细菌粘附植物或其部分的方法。还描述了用于抑制植物病原体粘附生物膜的方法。

技术领域

公开了用于诱导和提高有益根际细菌生物膜形成的天然植物化合物的鉴定和应用，以及用于抑制生物膜和菌膜形成的天然植物化合物的鉴定和应用。还公开了使用天然植物化合物刺激来自有益根际细菌的基质生成的方法。

发明背景

尽管普遍认为细菌是本质上争取个体生存的原始的、单细胞生物，但是细菌建立了通过化学通信来刺激的复杂群落，称为生物膜。生物膜能被视作分化的群落，其中栖居的细胞通过胞外基质结合在一起。尽管它们能由大部分(如果不是全部)病原体形成，生物膜也可由有益菌形成。有益菌的关键示例是能动的革兰阳性的、过氧化氢酶阳性的细菌，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.subtilis)，其发现于土壤以及反刍动物和人的胃肠道中。枯草芽孢杆菌自身组成完成专门任务的显著的多细胞结构。这些协调过程通过多种形式的细胞-细胞通讯来严格调节。

细菌生物膜在农业、工业、环境和临床设置中是普遍且具有重要意义的。在许多情况中下，其提供对其它生物的有益效果，如枯草芽孢杆菌生物膜，其在植物根表面形成，从而防止真菌病原体生长。因此，从科学以及生态和农业角度而言，对研究调节生物膜在根尖上(on top of the root)形成和分解的因素具有极大的兴趣。

枯草芽孢杆菌是能分化成非常大数量的不同细胞类型的可遗传操纵的模式生物，包括游动细胞、涌动细胞筏、遗传感受态细胞、基质生成细胞和芽孢形成细胞。深入研究调节枯草芽孢杆菌中生物膜形成的复杂网络。枯草芽孢杆菌胞外基质的主要组分是胞外多糖和TasA，胞外多糖由epsA-O操纵子编码基因合成，TasA是在三基因操纵子yqxM/tapA-sipW-tasA中编码的功能性淀粉样蛋白。控制生物膜生活方式开关的主调节因子是抑制子SinR。在标准实验室设置中，数条线索与生物膜成熟和组装有关，包括缺氧、营养缺乏、小分子感应和物理线索。

研究主要集中于内部触发因子，所述触发因子由细胞密度或饥饿增加引起。迄今，很少有研究聚焦于评价真核宿主中生物膜维持的遗传途径。

用于生物和药理学目的的天然植物化合物研究揭示了大量化合物和其代谢物。这些天然植物化合物和其代谢物对有益菌及病原菌生物膜的影响仍然未知，有益菌包括杆菌(Bacilli)亚组，病原菌包括假单胞菌(Pseudomonas)属。

枯草芽孢杆菌作为有益生物防治剂的应用可响应直接生态需求：过度使用农药导致的环境问题。真菌和细菌感染的传统解决方法有2个基本问题：(1)农药的高毒性和非生物可降解性质以及(2)土壤、水资源和农作物中影响公共健康的残留物。有益菌如枯草芽孢杆菌作为‘防护装甲’的应用可能是针对农业问题的尖端解决方案。将病原菌纳入研究可提供针对植物化合物可能对生物膜形成和诱导产生正面和负面影响的答案，使得应用中具有选择性。

然而，仍需要诱导或增强有益菌中的生物膜形成，同时保留细菌的生物活性。或者，仍需要在病原菌中抑制诱导或增强生物膜形成。本公开如下解决这些需求：提供筛选天然植物化合物和其代谢物，以鉴定和提供使用天然植物化合物来诱导及增强有益群落所生成生物膜的方法，以及鉴定和提供使用天然植物化合物来抑制病原菌生物膜及菌膜生成的方法，和抑制病原菌粘附生物膜。另外，本文描述天然植物化合物或其代谢物，其使用方法以刺激有益菌基质生成。

发明内容