内生细菌资源及其次级代谢产物研究进展

宋瑞琦; 南铁贵; 杨健; 周骏辉; 袁媛

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20202014

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内生细菌资源及其次级代谢产物研究进展

天麻互作微生物研究专题 | 更新时间：2020-09-16

- 内生细菌资源及其次级代谢产物研究进展
- Research Progress of Endophytic Bacterial Resources and Their Secondary Metabolites
- 中国实验方剂学杂志 2020年26卷第19期页码：1-9
- 作者机构：
  
  中国中医科学院中药资源中心，北京 100700
- 作者简介：
  
  宋瑞琦，在读硕士，从事中药资源开发与品质评价研究，E-mail：songruiqi13@163.com
  袁媛，研究员，博士生导师，从事中药鉴定与分子生药学研究，Tel：010-64087649，E-mail：y_yuan0732@163.com
- 基金信息：
  
  中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(ZZ10-008);国家自然科学基金项目(81891013);中央本部级重大增减支项目(2060302);科技基础性工作专项(2015FY111500)
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20202014
  中图分类号： R284.2;R289;R22;R2-031
- 收稿日期：2020-02-29，
  
  网络出版日期：2020-07-23，
  
  纸质出版日期：2020-10-05
- 稿件说明：
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宋瑞琦,南铁贵,杨健等.内生细菌资源及其次级代谢产物研究进展[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(19):1-9.

SONG Rui-qi,NAN Tie-gui,YANG Jian,et al.Research Progress of Endophytic Bacterial Resources and Their Secondary Metabolites[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2020,26(19):1-9.
宋瑞琦,南铁贵,杨健等.内生细菌资源及其次级代谢产物研究进展[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(19):1-9. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20202014.

SONG Rui-qi,NAN Tie-gui,YANG Jian,et al.Research Progress of Endophytic Bacterial Resources and Their Secondary Metabolites[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2020,26(19):1-9. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20202014.

摘要

内生细菌是宿主内生态系统的重要组成部分，存在于宿主内部且不会对宿主造成明显伤害，其种类多样、分布广泛，是一类重要的微生物资源，具有成为潜在中药资源的可能。内生细菌在与宿主长期协同进化的过程中，逐渐形成了对抗、互惠等多种关系，能够直接或间接调节宿主的生长发育、协助宿主抵抗病虫害及环境胁迫等生物过程。内生细菌在与宿主互作的过程中能够产生丰富多样的次级代谢产物，逐渐成为新型天然产物开发研究的资源库，发挥了重要的作用。近年来，内生细菌及其次级代谢产物广泛应用于新药研发、生物防治等领域，展现出巨大的研究与开发价值。该文综述了内生细菌资源的多样性、种属鉴定方法、次级代谢产物及其在农业、医药领域应用等方面的研究进展，并对未来发展方向进行了探讨，为中药内生细菌资源的研究、开发利用提供参考，拓展和提升中药资源价值。

Abstract

Endophytic bacteria exist in the host and do not cause obvious damage to the host，which is an important part of the host ecosystem. Endophytic bacteria are a kind of important microbial resources with diverse species and wide distribution. In the process of long-term coevolution between endophytic bacteria and host，many symbiotic relationships，such as antagonism and reciprocity，have been gradually formed，which can directly or indirectly regulate the growth and development of host，assist host to resist diseases and insect pests，environmental stress and other biological processes. Endophytic bacteria can produce a variety of secondary metabolites in the process of symbiosis with the host，which plays an important role in the development of new natural products. In recent years，endophytic bacteria and their secondary metabolites have been widely used in the research and development of new drugs，biological control and other fields. In this paper，the diversity，species identification and secondary metabolites of endophytic bacterial resources are reviewed，and the future development direction is discussed，hoping to provide reference for the further development and utilization of endophytic bacterial resources.

关键词

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SANTOYO G ， MORENO-HAGELSIEB G ， OROZCO-MOSQUEDA M D C ， et al . Plant growth-promoting bacterial endophytes [J]. Microbiol Res ， 2016 ， 183 （ 5 ）： 92 - 99 .

SENTHILKUMAR M ， ANANDHAM R ， MADHAIYAN M ， et al . Endophytic bacteria：perspectives and applications in agricultural crop production [M]// Bacteria in Agrobiology：Crop Ecosystems . Berlin Heidelberg : Springer ， 2011 .

MOSSE B . Honey-coloured，sessile endogone spores：II.changes in fine structure during spore development [J]. Archiv für Mikrobiologie ， 1970 ， 74 （ 3 ）： 129 - 145 .

曹焜，王晓楠，孙宇峰，等 . 植物根部内生细菌多样性及其生防作用研究进展 [J]. 农业与技术， 2017 ， 37 （ 17 ）： 1 - 3 .

GARDNER J M ， FELDMAN A W ， ZABLOTOWICZ R M . Identity and behavior of xylem-residing bacteria in rough lemon roots of Florida citrus trees [J]. Appl Environ Microbiol ， 1982 ， 43 （ 6 ）： 1335 - 1342 .

邱并生 . 玉米内生细菌 [J]. 微生物学通报， 2010 ， 37 （ 10 ）： 1566 .

袁志林，潘雪玉，靳微 . 林木共生菌系统及其作用机制——以杨树为例 [J]. 生态学报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 381 - 397 .

何冬梅，赖长江生，严铸云，等 . 中药微生态研究与展望 [J]. 中国中药杂志， 2019 ， 43 （ 17 ）： 3417 - 3430 .

CHATURVEDI H ， SINGH V ， GUPTA G . Potential of bacterial endophytes as plant growth promoting factors [J]. J Plant Pathol Microbiol ， 2016 ， 7 （ 9 ）： 376 .

HALLMANN J ， MAHAFFEE W F ， KLOEPPER J W ， et al . Bacterial endophytes in agricultural crops [J]. Canadian J Microbiol ， 1997 ， 43 （ 10 ）： 895 - 914 .

GLICK ， BERNARD R . Plant growth-promoting bacteria：Mechanisms and applications [J]. Scientifica ， 2012 ，（ 2012 ）： 1 .

BHATTACHARJEE R B ， SINGH A ， MUKHOPADHYAY S N . Use of nitrogen-fixing bacteria as biofertiliser for non-legumes：prospects and challenges [J]. Appl Microbiol Biotechnol ， 2008 ， 80 （ 2 ）： 199 .

NAUTIYAL C S ， BHADAURIA S ， KUMAR P ， et al . Stress induced phosphate solubilization in bacteria isolated from alkaline soils [J]. FEMS Microbiol Lett ， 2000 ， 182 （ 2 ）： 291 - 296 .

HEIJDEN M G A V D ， BARDGETT R D ， STRAALEN N M V . The unseen majority：soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems [J]. Ecol Lett ， 2008 ， 11 （ 3 ）： 296 - 310 .

KHAN K S ， JOERGENSEN R G . Changes in microbial biomass and P fractions in biogenic household waste compost amended with inorganic P fertilizers [J]. Bioresource Technol ， 2009 ， 100 （ 1 ）： 303 - 309 .

RADZKI W ， MAÑERO F G ， ALGAR ， et al . Bacterial siderophores efficiently provide iron to iron-starved tomato plants in hydroponics culture .[J]. Antonie Van Leeuwenhoek ， 2013 ， 104 ： 321 .

PATTEN C L ， GLICK B R . Role of pseudomonas putida indoleacetic acid in development of the host plant root system [J]. Appl Environ Microbiol ， 2002 ， 68 （ 8 ）： 3795 - 3801 .

LEVEAU J H ， LINDOW S E . Utilization of the plant hormone indole-3-acetic acid for growth by Pseudomonas putida strain1290 [J]. Appl Environ Microbiol ， 2005 ， 71 ： 2365 .

SUN Y ， CHENG Z Y ， GLICK B R . The presence of a 1-aminocyclopropane-1-carboxylate （ACC） deaminase deletion mutation alters the physiology of the endophytic plant growth-promoting bacterium Burkholderia phytofirmans PsJN [J]. FEMS Microbiol Lett ， 2009 （ 1 ）： 1 .

SHEORAN N ， VALIYA NADAKKAKATH A ， MUNJAL V ， et al . Genetic analysis of plant endophytic Pseudomonas putida BP25 and chemo-profiling of its antimicrobial volatile organic compounds [J]. Microbiol Res ， 2015 ， 173 ： 66 .

MANDANA Z ， SAEED A ， HOSSEIN Z ， et al . Characterization of a chitinase with antifungal activity from a native Serratia marcescens B4A [J]. Brazilian J Microbiol ， 2011 ， 42 （ 3 ）： 1017 - 1029 .

ZHANG D ， SPADARO D ， VALENTE S ， et al . Cloning，characterization，expression and antifungal activity of an alkaline serine protease of Aureobasidium pullulans PL5 involved in the biological control of postharvest pathogens [J]. Int J Food Microbiol ， 2012 ， 153 （ 3 ）： 453 .

NIU D D ， LIU H X ， JIANG C H ， et al . The plant growth-promoting Rhizobacterium Bacillus cereus AR156 induces systemic resistance in arabidopsis thaliana by simultaneously activating salicylate- and jasmonate ethylene-dependent signaling pathways [J]. Mol Plant Microbe Interact ， 2011 ， 24 （ 5 ）： 533 - 542 .

FREY-KLETT P ， BURLINSON P ， DEVEAU A ， et al . Bacterial-fungal interactions：Hyphens between agricultural，clinical，environmental，and food microbiologists [J]. Microbiol Mol Biol Rev：MMBR ， 2011 ， 75 （ 4 ）： 583 - 609 .

UEHLING J ， GRYGANSKYI A ， HAMEED K ， et al . Comparative genomics of Mortierella elongata ，and its bacterial endosymbiont，Mycoavidus cysteinexigens [J]. Environ Microbiol ， 2017 , 19 （ 8 ）： 2964 - 2983 .

SHAFFER J P ， SARMIENTO C ， ZALAMEA P-C ， et al . Diversity，specificity，and phylogenetic relationships of endohyphal bacteria in fungi that inhabit tropical eeeds and leaves [J]. Front Ecol Evol ， 2016 ， 4 ： 116 .

RUIZ-HERRERA J ， VERA-NUÑEZ A ， RUIZ-MEDRANO R ， et al . A novel intracellular nitrogen-fixing symbiosis made by Ustilago maydis ，and Bacillus ，spp .[J]. New Phytologist ， 2015 ， doi: 10.1111/nph.13359 http://dx.doi.org/10.1111/nph.13359 .

HOFFMAN M T ， ARNOLD A E . Diverse bacteria inhabit living hyphae of phylogenetically diverse fungal endophytes [J]. Appl Environ Microbiol ， 2010 ， 76 （ 12 ）： 4063 - 4075 .

GHIGNONE S ， SALVIOLI A ， ANCA I ， et al . The genome of the obligate endobacterium of an AM fungus reveals an interphylum network of nutritional interactions [J]. ISME J ， 2012 ， 6 ： 136 - 145 .

LASTOVETSKY O A ， GASPAR M L ， STEPHEN J M ， et al ." Lipid metabolic changes in an early divergent fungus govern the establishment of a mutualistic symbiosis with endobacteria [J]. Acad Sci ， 2016 ， 113 （ 52 ）： 15102 - 15107 .

FOSSALUNGA A S D , LIPUMA J , VENICE F ， et al . The endobacterium of an arbuscular mycorrhizal fungus modulates the expression of its toxin-antitoxin systems during the life cycle of its host [J]. ISME J ， 2017 ， 11 ： 2394 - 2398 .

MONDO S J ， LASTOVETSKY O A ， GASPAR M L ， et al . Bacterial endosymbionts influence host sexuality and reveal reproductive genes of early divergent fungi [J]. Nat Commun 2017 ， 8 ： 1843 .

SPRAKER J E ， SANCHEZ L M ， LOWE T M ， et al . Ralstonia solanacearum lipopeptide induces chlamydospore development in fungi and facilitates bacterial entry into fungal tissues [J]. ISME J ， 2016 ， 10 ： 2317 - 2330

HOFFMAN M T ， GUNATILAKA M K ， KITHSIRI W ， et al . Endohyphal bacterium enhances production of indole-3-acetic acid by a foliar fungal endophyte [J]. PLoS One ， 2013 ， 8 （ 9 ）： e73132 .

PAKVAZ S ， SOLTANI J ， BELBAHRI L . Endohyphal bacteria from fungal endophytes of the mediterranean cypress Cupressus sempervirens ，exhibit， in vitro ，bioactivity [J]. Forest Pathol ， 2016 ， 46 ： 569 .

PARTIDA-MARTINEZ L P ， HERTWECK C . Pathogenic fungus harbours endosymbiotic bacteria for toxin production [J]. Nature （London）， 2005 ， 437 （ 7060 ）： 884 - 888 .

DING T ， PALMER M W ， MELCHER U . Community terminal restriction fragment length polymorphisms reveal insights into the diversity and dynamics of leaf endophytic bacteria [J]. BMC Microbiol ， 2013 ， 13 （ 1 ）： 1 .

BARAC T ， TAGHAVI S ， BORREMANS B ， et al . Engineered endophytic bacteria improve phytoremediation of water-soluble，volatile，organic pollutants [J]. Nat Biotechnol ， 2004 ， 22 （ 5 ）： 583 - 588 .

LODEWYCKX C ， VANGRONSVELD J ， PORTEOUS F ， et al . Endophytic bacteria andtheirpotential applications [J]. Critical Rev Plant Sci ， 2002 ， 21 ： 583 .

SCHULZ B ， WANKE U ， DRAEGER S ， et al . Endophytes from herbaceous plants and shrubs：effectiveness of surface sterilization methods [J]. Mycol Res ， 1993 ， 97 （ 12 ）： 1447 - 1450 .

MA Y ， PRASAD M N V ， RAJKUMAR M ， et al . Plant growth promoting rhizobacteria and endophytes accelerate phytoremediation of metalliferous soils [J]. Biotechnol Adv ， 2011 ， 29 （ 2 ）： 248 - 258 .

RAMYA S ， ULAS K ， MARINA V ， et al . Use of 16S rRNA gene for identification of a broad range of clinically relevant bacterial pathogens [J]. PLoS One ， 2015 ， 10 （ 2 ）： e0117617 .

ALAIN K ， QUERELLOU J . Cultivating the uncultured：limits，advances and future challenges [J]. Extremophiles ， 2009 ， 13 （ 4 ）： 583 .

TORSVIK V , ØVREÅS L . Microbial diversity and function in soil：from genes to ecosystems [J]. Curr Opin Microbiol ， 2002 ， 5 （ 3 ）： 240 - 245 .

HALLMANN J ， MAHAFFEE W F ， KLOEPPER J W ， et al . Bacterial endophytes in agricultural crops [Review] [J]. Canadian J Microbiol ， 1997 ， 43 （ 10 ）： 895 - 914 .

MA Y ， RAJKUMAR M ， ZHANG C ， et al . Beneficial role of bacterial endophytes in heavy metal phytoremediation [J]. J Environ Manage ， 2016 ， 174 ： 14 .

SESSITSCH A ， HARDOIM P ， DÖRING J ， et al . Functional characteristics of an endophyte community colonizing rice roots as revealed by metagenomic analysis [J]. Mol Plant-Microbe Int ， 2012 ， 25 （ 1 ）： 28 - 36 .

SUN L ， QIU F ， ZHANG X ， et al . Endophytic bacterial diversity in rice （ Oryza sativa L.） roots estimated by 16S rDNA sequence analysis [J]. Microbial Ecol ， 2008 ， 55 （ 3 ）： 415 - 424 .

PICCOLO S L ， FERRARO V ， ALFONZO A ， et al . Presence of endophytic bacteria in vitis vinifera leaves as detected by ﬂuorescence in situ hybridization [J]. Ann Microbiol ， 2010 ， 60 ： 161 .

YU H ， ZHANG L ， LI L ， et al . Recent developments and future prospects of antimicrobial metabolites produced by endophytes [J]. Microbiol Res ， 2010 ， 165 （ 6 ）： 437 - 449 .

GUO B Y ， WANG Y ， SUN X ， et al . Bioactive natural products from endophytes：a review [J]. Prikladnaia Biokhimiia i Mikrobiologiia ， 2008 ， 44 （ 2 ）： 153 - 158 .

SASAKI T ， IGARASHI Y ， OGAWA M ， et al . Identification of 6-prenylindole as an antifungal metabolite of Streptomyces sp. TP-A0595 and synthesis and bioactivity of 6-substituted indoles [J]. J Antibiotics ， 2002 ， 55 （ 19 ）： 1009 - 1012 .

AREMU E A ， FURUMAI T ， IGARASHI Y ， et al . Specific inhibition of spore germination of Alternaria brassicicola by fistupyrone from Streptomyce ssp. TP-A0569 [J]. J General Plant Pathol ， 2003 ， 69 （ 4 ）： 211 - 217 .

陶玲 . 红树林植物内生放线菌I07A-01824发酵液中杀线虫活性成分的分离、纯化与鉴定 [J]. 中国医药生物技术， 2012 ， 7 （ 1 ）： 5 - 8 .

TAECHOWISAN T ， CHANAPHAT S ， RUENSAMRAN W ， et al . Anti-inﬂammatory effect of 3-methylcarbazoles on RAW 2647 cells stimulated with LPS，polyinosinic-polycytidylic acid and Pam3CSK [J]. Adv Microbiol , 2010 ， 2 （ 2 ）： 98 .

MILLER C M ， MILLER R V ， GARTON-KENNY D ， et al . Ecomycins，unique antimycotics from Pseudomonas viridiflava [J]. J Appl Microbiol ， 1998 ， 84 （ 6 ）： 937 - 944 .

ZHAO K ， PENTTINEN P ， GUAN T ， et al . The Diversity and anti-microbial activity of endophytic actinomycetes isolated from medicinal plants in panxi plateau，China [J]. Current Microbiol ， 2011 ， 62 （ 1 ）： 182 - 190 .

STROBEL G A ， HESS W M ， FORD E ， et al . Taxol from fungal endophytes and the issue of biodiversity [J]. J Industrial Microbiol Biotechnol（USA）， 1996 ， 17 ： 417 - 423 .

SILVIA FIRÁKOVÁ ， MÁRIA MARTA MÚKOVÁ ， et al . Bioactive secondary metabolites produced by microorganisms associated with plants [J]. Biologia（Bratislava）， 2007 ， 62 （ 3 ）： 251 - 257 .

JUNG H J ， KIM Y ， LEE H B ， et al . Antiangiogenic activity of the lipophilic antimicrobial peptides from an endophytic bacterial strain isolated from red pepper leaf [J]. Mol Cells ， 2015 ， 38 （ 3 ）： 273 - 278 .

曲红光，靳慧娟，马丽伟，等 . 人参内生细菌的分离及其体外抗肿瘤活性分析 [J]. 中国妇幼保健， 2014 ， 29 （ 12 ）： 1926 - 1928 .

LI C Y . Antitumor activity of bacterial exopolysaccharides from the endophyte Bacillus amyloliquefaciens sp. isolated from Ophiopogon japonicus [J]. Oncol Lett ， 2013 ， 5 （ 6 ）： 1787 - 1792 .

JOSHI R D ， KULKARNI N S . Optimization studies on L -asparaginase production from endophytic bacteria [J]. Int J Appl Res ， 2016 ， 2 ： 624 - 629 .

MIGUEL A L ， BANNENBERG G ， CASTRESANA C . Controlling hormone signaling is a plant and pathogen challenge for growth and survival [J]. Curr Opin Plant Biol ， 2008 ， 11 （ 4 ）： 420 - 427 .

GLICK BERNARD R . Plant growth-promoting bacteria：mechanisms and applications [J]. Scientifica ， 2012 ， doi： 10.6064/2012/963401 http://dx.doi.org/10.6064/2012/963401 .

KUMAR V ， KUMAR A ， PANDEY K D ， et al . Isolation and characterization of bacterial endophytes from the roots of Cassia tora L [J]. Ann Microbiol ， 2015 ， 65 ： 1391 .

PATTEN C L ， GLICK B R . Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in development of the host plant root system [J]. Appl Environ Microbiol ， 2002 ， 68 （ 8 ）： 3795 - 3801 .

YING M ， CHANG Z ， OLIVEIRA R S ， et al . Bioaugmentation with endophytic Bacterium E6S homologous to achromobacter piechaudii enhances metal rhizoaccumulation in host sedum plumbizincicola [J]. Frontiers Plant Sci ， 2016 ， doi： 10.3389/fpls.2016.00075 http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2016.00075 .

COHEN A C ， TRAVAGLIA C N ， BOTTINI R ， et al . Participation of abscisic acid and gibberellins produced by endophytic， Azospirillum ，in the alleviation of drought effects in maize [J]. Botany ， 2009 ， 87 （ 5 ）： 455 - 462 .

ZABALGOGEAZCOA I . Fungal endophytes and their interaction with plant pathogens [J]. Span J Agric Res ， 2008 ， doi： 10.5424/sjar/200806S1-382 http://dx.doi.org/10.5424/sjar/200806S1-382 .

HARISH S ， KAVINO M ， KUMAR N ， et al . Induction of defense-related proteins by mixtures of plant growth promoting endophytic bacteria against banana bunchy top virus [J]. Biol Control ， 2009 ， 51 （ 1 ）： 16 - 25 .

REITER B ， BÜRGMANN H ， BURG K ， et al . Endophytic nifH gene diversity in African sweet potato [J]. Canadian J Microbiol ， 2003 ， 49 （ 9 ）： 549 - 555 .

RAJENDRAN L ， SAMIYAPPAN R ， RAGUCHANDER T ， et al ． Endophytic bacteria mediate plant resistance against cotton bollworm [J]. J Plant Int ， 2007 ， 2 （ 1 ）： 1 ．

黄玉杰，杨合同，周红姿，等．芽孢杆菌几丁质酶基因的克隆、序列分析及其在伯克氏菌B418中的表达 [J]. 中国生物防治， 2006 ， 22 （ 1 ）： 72 - 77 ．

RAJKUMARA M ， PRASADB M N V ， SWAMINATHANA S ， et al . Climate change driven plant-metal-microbe interactions [J]. Environ Int ， 2013 ， 53 ： 74 - 86 .

SHENG X F ， XIA J J ， JIANG C Y ， et al . Characterization of heavy metal-resistant endophytic bacteria from rape （ Brassica napus ） roots and their potential in promoting the growth and lead accumulation of rape [J]. Environ Poll ， 2008 ， 156 （ 3 ）： 1164 - 1170 .

KORKINA L G . Phenylpropanoids as naturally occurring antioxidants：From plant defense to human health [J]. Cellular Mol Biol（Noisy-le-Grand ， France）， 2007 ， 53 （ 1 ）： 15 - 25 .

LIU Y ， LIU W ， LIANG Z . Endophytic bacteria from Pinellia ternata，a new source of purine alkaloids and bacterial manure [J]. Pharm Biol ， 2015 ， 53 （ 10 ）： 1545 - 1548 .

ZHOU JY ， YUAN J ， LI X ， et al . Endophytic bacterium-triggered reactive oxygen species directly increase oxygenous sesquiterpenoid content and diversity in Atractylodes lancea [J]. Appl Environ Microbiol ， 2015 ， 82 （ 5 ）： 1577 - 1585 .

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