近日，來自貴州大學李祝教授團隊的魏龍鳳博士和潘航博士，聯合清華大學張翀教授團隊，在高效選育高拮抗活性芽孢桿菌突變株研究領域取得重大突破！相關成果發表于中科院1區Top期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（影響因子 6.2），為農作物病害綠色防控與生防菌株高效選育提供了全新方案與理論支撐。本次研究核心技術體系，基于天木生物菌種選育與高通量篩選平臺上的常壓室溫等離子體誘變育種儀（ARTP）與高通量皮升級液滴單細胞分選系統（DREM cell） 搭建而成，再次印證天木生物國產科研裝備在合成生物學與生物育種領域的硬核實力。
研究背景：破解生防菌株選育兩大核心痛點
由胡蘿卜軟腐歐文氏菌等病原菌引發的蔬菜軟腐病，是全球農業生產中毀滅性的細菌性病害之一，傳統化學防治易造成環境污染與病原菌抗藥性，而生防野生菌株天然抑菌活性有限，難以滿足田間應用需求。在菌株改良過程中，兩大瓶頸長期制約研發效率：
1、以往誘變育種依賴化學誘變劑或紫外誘變，存在安全風險高、突變效率低、突變多樣性不足等問題；
2、瓊脂平板、微孔板等傳統篩選方法通量低、耗力耗時，面對百萬級突變文庫如同“大海撈針"，成為菌株改良的關鍵阻礙。
技術賦能：天木生物ARTP+DREM cell構建超高通量誘變篩選平臺
為攻克上述難題，研究團隊利用ARTP常壓室溫等離子體誘變育種儀與DREM cell高通量皮升級液滴單細胞分選系統，搭建“高效誘變+超高通量篩選"一體化技術體系，實現生防菌株選育效率的跨越式提升。
第一步：ARTP誘變——快速構建多樣性突變文庫
利用ARTP誘變育種儀，替代傳統化學誘變與紫外誘變，憑借數分鐘內即可完成大規模菌株誘變，高度契合高效建庫需求的優勢，對出發菌株Bacillus safensis進行誘變處理，高效構建百萬級突變體的文庫，確保突變多樣性。
第二步：DREM cell微流控篩選——3小時完成百萬級突變體精準分選
依托DREM cell高通量皮升級液滴單細胞分選系統，將經ARTP誘變后的突變株單細胞包裹于14 pL油包水液滴中，經4h培養后，注入GFP標記的報告菌株，以液滴熒光強度為指示，通過熒光激活液滴分選（FADS）技術，以150 Hz頻率分選熒光強度低至前0.1%液滴。
整個篩選過程僅需3小時即完成約10?個液滴分選，較傳統平板篩選效率提升1000倍以上，試劑消耗降至傳統方法的百萬分之一，大幅降低實驗成本與人力投入。
圖1 基于DREM cell平臺高通量篩選B. safensis菌株的技術流程圖
圖2 基于FADS技術對B. safensis突變體庫進行篩選
研究成果：選育廣譜高活性突變株，揭示協同抗菌新機制
通過ARTP誘變結合DREM cell高通量篩選，成功獲得一株對多種植物病原菌具有廣譜拮抗活性的B. safensis突變株R1。實驗數據顯示，R1對軟腐病菌抑菌圈直徑達26.15 mm，較出發菌株提高 42.82%；對青枯雷爾氏菌、根癌農桿菌等病原細菌抑菌圈擴大95%以上，對黑孢霉菌等病原真菌抑菌率超84%，突破野生型菌株抑菌譜窄、活性低的局限。
圖3 B. safensis突變株的抗菌活性
進一步代謝組學分析表明，突變株R1中喹啉酸與克林霉素含量顯著上調，二者為關鍵協同抗菌代謝物。體外實驗證實，喹啉酸與克林霉素按1:9比例復配時協同效果明顯（SR=2.45），對白菜軟腐病活體防效超75%；其中微生物來源克林霉素的生物合成及其與喹啉酸的協同抑菌作用為報道，為高效生防菌株選育及新型生物農藥開發提供可行性策略與理論依據。
圖4 代謝組學分析及差異表達代謝物（DEMs）變化
成果價值：國產裝備平臺助力生物育種產業高質量發展
此次研究成果的發表，是天木生物菌種選育與高通量篩選平臺在農業微生物領域的又一應用案例。從實驗室基礎研究到產業化應用落地，天木生物將持續完成“誘變-篩選-進化-工藝優化放大"全鏈條技術平臺，以自主創新的科研裝備，為合成生物學、生物制造、綠色農業等領域提供高效、穩定、低成本的一站式解決方案，助力更多科研團隊攻克技術難題，產出突破性成果，推動我國生物產業高質量發展。
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