Iturins and closely related lipopeptides constitute a family of antifungal compounds known as iturinic lipopeptides that are produced by species in the Bacillus subtilis group. The compounds that comprise the family are: iturin, bacillomycin D, bacillomycin F, bacillomycin L, mycosubtilin, and mojavensin. These lipopeptides are prominent in many Bacillus strains that have been commercialized as biological control agents against fungal plant pathogens and as plant growth promoters. The compounds are cyclic heptapeptides with a variable length alkyl sidechain, which confers surface activity properties resulting in an affinity for fungal membranes. Above a certain concentration, enough molecules enter the fungal cell membrane to create a pore in the cell wall, which leads to loss of cell contents and cell death. This study identified 330 iturinic lipopeptide clusters in publicly available genomes from the B. subtilis species group. The clusters were subsequently assigned into distinguishable types on the basis of their unique amino acid sequences and then verified by HPLC MS/MS analysis. The results show some lipopeptides are only produced by one species, whereas certain others can produce up to three. In addition, four species previously not known to produce iturinic lipopeptides were identified. The distribution of these compounds among the B. subtilis group species suggests that they play an important role in their speciation and evolution.
摘要
伊枯草菌素和与之密切相关的脂肽构成了一个抗真菌化合物家族，被称为伊枯草菌素脂肽，主要由枯草芽孢杆菌属产生。组成该家族的化合物有：伊曲霉素、杆菌抗霉素 D、杆菌抗霉素 F、杆菌抗霉素 L、抗霉枯草菌素和莫杰文素。这些脂肽在许多芽孢杆菌菌株中都很常见，这些菌株已作为生物防治剂用于防治植物真菌病原体和促进植物生长。这些化合物是环状七肽，具有长度可变的烷基侧链，使其具有表面活性特性，从而对真菌膜具有亲和力。超过一定浓度后，就会有足够的分子进入真菌细胞膜，在细胞壁上形成孔隙，导致细胞内容物流失和细胞死亡。这项研究在公开的枯草杆菌物种组基因组中发现了 330 个 伊枯草菌素脂肽簇。随后，根据其独特的氨基酸序列将这些簇划分为可区分的类型，并通过 HPLC MS/MS 分析进行验证。结果表明，有些脂肽只由一个物种产生，而某些其他物种则可产生多达三种脂肽。此外，还发现了四种以前不知道会产生伊枯草菌素脂肽的物种。这些化合物在枯草杆菌群物种中的分布表明，它们在物种分化和进化中发挥着重要作用。
图 1 | 一般伊枯草菌素脂肽生物合成簇的基因组织和结构以及伊枯草菌素脂肽环七肽的序列。所有化合物的前三个位置均为 Asn-Tyr-Asn。
图 2 | 整个枯草芽孢杆菌种群中伊枯草菌素脂肽出现情况的邻接系统发生图。该树是根据 584 株菌株的核心基因组重建的。分支点上标注了基于 1,000 个假重复的 Bootstrap 值 >50%。该树是根据之前的枯草芽孢杆菌群核心基因组系统发生（Dunlap 等人，2015b）进行扎根的。短小芽孢杆菌支系中的物种不包含聚类，为节省篇幅，图中省略了这些物种。刻度条对应于每个位点 0.05 个核苷酸取代。
图 3 | 邻接系统发育显示解淀粉芽孢杆菌（B. amyloliquefaciens）、暹罗芽孢杆菌（B. siamensis）和贝莱斯芽孢杆菌（B. velezensis）所在支系的菌株中出现了伊枯草菌素脂肽。该树由 250 株菌株的核心基因组重建。分支点上标注了基于 1,000 个假重复的 Bootstrap 值 >50%。该树是根据之前的枯草杆菌组核心基因组系统发生（Dunlap et al.） 刻度条对应每个位点 0.005 个核苷酸取代。
图 4 | 从枯草芽孢杆菌种群中产伊枯草菌素脂肽菌株的部分 ituA 基因重建的邻接系统发生树。分支点上标注了基于 1,000 个假重复的 Bootstrap 值 >50%。刻度条对应于每个位点 0.05 个核苷酸替换。
表 1 | 产生伊枯草菌素脂肽的物种代表菌株的部分ituA基因序列相似性以及这些相同物种的基因组ANI值之间 的比较。
图 5 | 琼脂糖凝胶含有用于确定贝莱斯芽孢杆菌菌株中伊枯草菌素脂肽产量的选择性引物组的扩增子：(1) 伊枯草菌素，贝莱斯芽孢杆菌 QST713，（2）杆菌霉素 D，贝莱斯芽孢杆菌FZB42，（3）杆菌霉素 L，贝莱斯芽孢杆菌KACC 18228。伊枯草菌素组为 ituB-fwd 和 ituB-iturin-rev；BacD 组为 ituB-fwd 和 ituB-bacD-rev；BacL 组为 ituB-fwd 和 ituB-R-bacL。第一条和最后一条未标记的泳道中包含以 100 bp 为增量的梯形图标准，粗体条带对应 600 bp。
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