Efficient Breeding and Metabolomic Characterization of Bacillus safensis Mutants with High-Antagonistic Activity Based on Droplet Microfluidics Technology

代谢组学 抗菌剂 化学 突变体 突变 生物化学 计算生物学 微生物 转座子突变 细菌 代谢组 生物合成 生物技术 生物 代谢物 微流控 代谢途径
作者
Longfeng Wei,Hang Pan,Xinhui Xing,S. W. Li,Renli Ai,Zhu Li,Chong Zhang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (1): 1120-1134 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c09881
摘要

The limited antimicrobial efficacy of biocontrol microorganisms often constrains their practical implementation in crop disease management. To address this challenge, we developed an integrated high-throughput screening platform combining atmospheric and room temperature plasma (ARTP) mutagenesis with droplet microfluidics, which efficiently selected Bacillus safensis mutants with high-antagonistic activity from ∼10 6 variants by low fluorescence screening of GFP-labeled Erwinia carotovora Ecc15 (GFP-Ecc15) in microdroplets. The optimal mutant R1 demonstrated enhanced broad-spectrum antagonistic activity against Ecc15 and nine phytopathogens. Untargeted metabolomic analysis identified quinolinic acid and clindamycin as key synergistic antimicrobial metabolites in R1. HPLC and in vitro assays confirmed their biosynthesis and synergistic efficacy, contributing to R1’s improved antimicrobial performance. This study represents the first report of microbial-derived clindamycin biosynthesis and provides systematic characterization of quinolinic acid’s antimicrobial properties. Our work provides a feasible strategy for breeding high-performance biocontrol strains while offering mechanistic insights into metabolite-mediated antagonism, advancing the design of next-generation microbial pesticides.
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