近日，来自贵州大学李祝教授团队的魏龙凤博士和潘航博士，联合清华大学张翀教授团队，在高效选育高拮抗活性芽孢杆菌突变株研究领域取得重大突破！相关成果发表于中科院1区Top期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（影响因子 6.2），为农作物病害绿色防控与生防菌株高效选育提供了全新方案与理论支撑。本次研究核心技术体系，基于天木生物菌种选育与高通量筛选平台上的常压室温等离子体诱变育种仪（ARTP）与高通量皮升级液滴单细胞分选系统（DREM cell） 搭建而成，再次印证天木生物国产高端科研装备在合成生物学与生物育种领域的硬核实力。
研究背景：破解生防菌株选育两大核心痛点
由胡萝卜软腐欧文氏菌等病原菌引发的蔬菜软腐病，是全球农业生产中最具毁灭性的细菌性病害之一，传统化学防治易造成环境污染与病原菌抗药性，而生防野生菌株天然抑菌活性有限，难以满足田间应用需求。在菌株改良过程中，两大瓶颈长期制约研发效率：
1、以往诱变育种依赖化学诱变剂或紫外诱变，存在安全风险高、突变效率低、突变多样性不足等问题；
2、琼脂平板、微孔板等传统筛选方法通量低、耗力耗时，面对百万级突变文库如同“大海捞针”，成为菌株改良的关键阻碍。
技术赋能：天木生物ARTP+DREM cell构建超高通量诱变筛选平台
为攻克上述难题，研究团队利用ARTP常压室温等离子体诱变育种仪与DREM cell高通量皮升级液滴单细胞分选系统，搭建“高效诱变+超高通量筛选”一体化技术体系，实现生防菌株选育效率的跨越式提升。
第一步：ARTP诱变——快速构建多样性突变文库
利用ARTP诱变育种仪，替代传统化学诱变与紫外诱变，凭借数分钟内即可完成大规模菌株诱变，完美契合高效建库需求的优势，对出发菌株Bacillus safensis进行诱变处理，高效构建百万级突变体的文库，确保突变多样性。
第二步：DREM cell微流控筛选——3小时完成百万级突变体精准分选
依托DREM cell高通量皮升级液滴单细胞分选系统，将经ARTP诱变后的突变株单细胞包裹于14 pL油包水液滴中，经4h培养后，注入GFP标记的报告菌株，以液滴荧光强度为指示，通过荧光激活液滴分选（FADS）技术，以150 Hz频率分选荧光强度最低的前0.1%液滴。
整个筛选过程仅需3小时即完成约10⁶个液滴分选，较传统平板筛选效率提升1000倍以上，试剂消耗降至传统方法的百万分之一，大幅降低实验成本与人力投入。
图1 基于DREM cell平台高通量筛选B. safensis菌株的技术流程图
图2 基于FADS技术对B. safensis突变体库进行筛选
研究成果：选育广谱高活性突变株，揭示协同抗菌新机制
通过ARTP诱变结合DREM cell高通量筛选，成功获得一株对多种植物病原菌具有广谱拮抗活性的B. safensis突变株R1。实验数据显示，R1对软腐病菌抑菌圈直径达26.15 mm，较出发菌株提高 42.82%；对青枯雷尔氏菌、根癌农杆菌等病原细菌抑菌圈扩大95%以上，对黑孢霉菌等病原真菌抑菌率超84%，突破野生型菌株抑菌谱窄、活性低的局限。
图3 B. safensis突变株的抗菌活性
进一步代谢组学分析表明，突变株R1中喹啉酸与克林霉素含量显著上调，二者为关键协同抗菌代谢物。体外实验证实，喹啉酸与克林霉素按1:9比例复配时协同效果最显著（SR=2.45），对白菜软腐病活体防效超75%；其中微生物来源克林霉素的生物合成及其与喹啉酸的协同抑菌作用为全球首次报道，为高效生防菌株选育及新型生物农药开发提供可行性策略与理论依据。
成果价值：国产装备平台助力生物育种产业高质量发展
此次研究成果的发表，是天木生物菌种选育与高通量筛选平台在农业微生物领域的又一标杆性应用案例。从实验室基础研究到产业化应用落地，天木生物将持续完善“诱变-筛选-进化-工艺优化放大”全链条技术平台，以自主创新的高端科研装备，为合成生物学、生物制造、绿色农业等领域提供高效、稳定、低成本的一站式解决方案，助力更多科研团队攻克技术难题，产出突破性成果，推动我国生物产业高质量发展。
近日，来自贵州大学李祝教授团队的魏龙凤博士和潘航博士，联合清华大学张翀教授团队，在高效选育高拮抗活性芽孢杆菌突变株研究领域取得重大突破！相关成果发表于中科院1区Top期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（影响因子 6.2），为农作物病害绿色防控与生防菌株高效选育提供了全新方案与理论支撑。本次研究核心技术体系，基于天木生物菌种选育与高通量筛选平台上的常压室温等离子体诱变育种仪（ARTP）与高通量皮升级液滴单细胞分选系统（DREM cell） 搭建而成，再次印证天木生物国产高端科研装备在合成生物学与生物育种领域的硬核实力。
研究背景：破解生防菌株选育两大核心痛点
由胡萝卜软腐欧文氏菌等病原菌引发的蔬菜软腐病，是全球农业生产中最具毁灭性的细菌性病害之一，传统化学防治易造成环境污染与病原菌抗药性，而生防野生菌株天然抑菌活性有限，难以满足田间应用需求。在菌株改良过程中，两大瓶颈长期制约研发效率：
1、以往诱变育种依赖化学诱变剂或紫外诱变，存在安全风险高、突变效率低、突变多样性不足等问题；
2、琼脂平板、微孔板等传统筛选方法通量低、耗力耗时，面对百万级突变文库如同“大海捞针”，成为菌株改良的关键阻碍。
技术赋能：天木生物ARTP+DREM cell构建超高通量诱变筛选平台
为攻克上述难题，研究团队利用ARTP常压室温等离子体诱变育种仪与DREM cell高通量皮升级液滴单细胞分选系统，搭建“高效诱变+超高通量筛选”一体化技术体系，实现生防菌株选育效率的跨越式提升。
第一步：ARTP诱变——快速构建多样性突变文库
利用ARTP诱变育种仪，替代传统化学诱变与紫外诱变，凭借数分钟内即可完成大规模菌株诱变，完美契合高效建库需求的优势，对出发菌株Bacillus safensis进行诱变处理，高效构建百万级突变体的文库，确保突变多样性。
第二步：DREM cell微流控筛选——3小时完成百万级突变体精准分选
依托DREM cell高通量皮升级液滴单细胞分选系统，将经ARTP诱变后的突变株单细胞包裹于14 pL油包水液滴中，经4h培养后，注入GFP标记的报告菌株，以液滴荧光强度为指示，通过荧光激活液滴分选（FADS）技术，以150 Hz频率分选荧光强度最低的前0.1%液滴。
整个筛选过程仅需3小时即完成约10⁶个液滴分选，较传统平板筛选效率提升1000倍以上，试剂消耗降至传统方法的百万分之一，大幅降低实验成本与人力投入。
图1 基于DREM cell平台高通量筛选B. safensis菌株的技术流程图
图2 基于FADS技术对B. safensis突变体库进行筛选
研究成果：选育广谱高活性突变株，揭示协同抗菌新机制
通过ARTP诱变结合DREM cell高通量筛选，成功获得一株对多种植物病原菌具有广谱拮抗活性的B. safensis突变株R1。实验数据显示，R1对软腐病菌抑菌圈直径达26.15 mm，较出发菌株提高 42.82%；对青枯雷尔氏菌、根癌农杆菌等病原细菌抑菌圈扩大95%以上，对黑孢霉菌等病原真菌抑菌率超84%，突破野生型菌株抑菌谱窄、活性低的局限。
图3 B. safensis突变株的抗菌活性
进一步代谢组学分析表明，突变株R1中喹啉酸与克林霉素含量显著上调，二者为关键协同抗菌代谢物。体外实验证实，喹啉酸与克林霉素按1:9比例复配时协同效果最显著（SR=2.45），对白菜软腐病活体防效超75%；其中微生物来源克林霉素的生物合成及其与喹啉酸的协同抑菌作用为全球首次报道，为高效生防菌株选育及新型生物农药开发提供可行性策略与理论依据。
成果价值：国产装备平台助力生物育种产业高质量发展
此次研究成果的发表，是天木生物菌种选育与高通量筛选平台在农业微生物领域的又一标杆性应用案例。从实验室基础研究到产业化应用落地，天木生物将持续完善“诱变-筛选-进化-工艺优化放大”全链条技术平台，以自主创新的高端科研装备，为合成生物学、生物制造、绿色农业等领域提供高效、稳定、低成本的一站式解决方案，助力更多科研团队攻克技术难题，产出突破性成果，推动我国生物产业高质量发展。
