2023年9月7日，云南农业大学植物保护学院何月秋教授团队联合中国科学院昆明植物研究所王跃虎副研究员团队在国际知名期刊《Pest Management Science》（Top1，IF = 4.462）上发表题为“Bacillus subtilis YZ-1 surfactins are involved in effective toxicity against agricultural pests”的研究论文，该文章揭示了枯草芽孢杆菌YZ-1杀虫活性成分是表面活性素类化合物，YZ-1高效杀虫的原因是该菌株合成表面活性素的能力很强。
枯草芽孢杆菌YZ-1是云南农业大学生物农药实验室2018年5月从甘蓝上自然死亡的菜青虫(Pieris rapae）体内分离到的1株具有广泛杀虫活性的潜力菌株。前期实验表明其LB发酵液对鳞翅目、鞘翅目、蜚蠊目等多种农业害虫具有很好的触杀活性。通过对YZ-1发酵液不同部分杀虫试验的测定，显示YZ-1的发酵上清液处理后的黄粉虫幼虫死亡率与发酵液无显著差异，说明枯草芽孢杆菌YZ-1可以合成某些具有杀虫活性的代谢产物（图1）。
图1.枯草芽孢杆菌YZ-1不同组分对黄粉虫的杀虫活性
为了探究YZ-1杀虫的活性成分，采用活性追踪的方式，对上清液中的杀虫活性物质进行分离纯化，并且通过LC-MS（图2）和LC-MS/MS（图3）进行结构鉴定，最终有效成分鉴定为表面活性素类化合物（图4）。
图 2 枯草芽孢杆菌YZ-1有效杀虫部位LC-MS分析。 (a) [M+Na]+ 1030.65, (b) [M+Na]+ 1044.67, (c) [M+Na]+ 1058.68, (d) [M+Na]+ 1072.71.
图 3 枯草芽孢杆菌YZ-1有效杀虫部位LC-MS/MS分析。(a) C13 surfactin (m/z 1030.65), (b) C14 surfactin (m/z 1044.67), (c) C15 surfactin (m/z 1058.68), (d) C16 surfactin (m/z 1072.71).
图 4枯草芽孢杆菌YZ-1活性部位鉴定出的表面活性素类化合物结构
为了验证YZ-1表面活性素的杀虫功能，采用敲除和过表达表面活性素合成基因srfAA，突变体经过LCMS/MS进行代谢产物的验证并同时验证突变体的活性，结果表面表面活性素敲除突变体YZ-1△srfAA上清液处理的黄粉虫死亡率与空白对照无显著差异，而过表达突变体的死亡率相对野生型有显著的提高（图5）。结果表明YZ-1杀虫的活性成分是表面活性素类。
图5 枯草芽孢杆菌YZ-1产表面活性素的杀虫活性验证。（a,b）突变体的杀虫活性；（c）YZ-1野生型次生代谢产物总离子流程图；（d）突变体YZ-1
△srfAA次生代谢产物总离子流程图
为了进一步解析YZ-1高效杀虫的原因，对几株杀虫活性不同的芽孢杆菌合成的表面活性素结构和产量进行分析，结果表明几株芽孢杆菌合成的表面活性素均具有相同的氨基酸序列（(L‑)Glu1‑(L‑)Leu2‑(D‑)Leu3‑(L‑)Val4‑(L‑)Asp5‑(D‑)Leu6‑(L‑)Leu7），但表面活性素产量不同，杀虫活性验证表明表面活性素产量高的菌株，其发酵上清液具有更高的杀虫活性（图6），结果表明YZ-1高产表面活性素的能力是其高效杀虫的原因。
图 6 不同芽孢杆菌的杀虫活性。（a）几株芽孢杆菌发酵上清液处理后的黄粉虫;（b）黄粉虫的死亡率与几株芽孢杆菌表面活性素的产量。
综上，该研究揭示了枯草芽孢杆菌YZ-1杀虫活性成分是表面活性素类化合物，并且确立了高效杀虫的能力是与YZ-1高产表面活性素的能力有关。
云南农业大学在读博士生夏梦媛为该论文共同第一作者，云南农业大学何月秋教授、中国科学院昆明植物研究所王跃虎副研究员、云南农业大学何鹏飞博士为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（32160672），国家重点研发计划（2022YFD1400700）等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ps.7759
