Evaluation of the Disease Prevention and Growth‑promoting Effects of Bacillus velezensis Bv1‑4 on Three Medicinal Plants and Its Whole Genome Analysis

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2025.11.009

Journal of Henan Agricultural Sciences ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (11): 79-90.DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2025.11.009

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Evaluation of the Disease Prevention and Growth‑promoting Effects of Bacillus velezensis Bv1‑4 on Three Medicinal Plants and Its Whole Genome Analysis

WANG Fei¹，LI Xuemeng¹，YANG Jin¹，GUO Zhichen^1,2，SONG Luyang³，QIN Yanhong¹，WEN Yi¹，GAO Suxia¹，LU Shuhao¹，LIU Qi^1,4，QI Hongzhi⁵，LI Shaojian¹

（1.Institute of Plant Protection，Henan Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Integrated Crop Pests Management on Crops in Southern Region of North China，Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Agricultural Microbiology Innovation Center of Henan Province，Zhengzhou 450002，China；2.College of Plant Science and Technology，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；3.College of Plant Protection，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450046，China；4.College of Pharmacy，Henan University of Chinese Medicine，Zhengzhou 450046，China；5.Agricultural Information Technology Institute，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

Received:2025-05-09 Accepted:2025-06-30 Published:2025-11-15 Online:2025-11-24

贝莱斯芽孢杆菌Bv1-4 对3 种药材的防病促生效果评价及其全基因组分析

王飞¹，李雪梦¹，杨瑾¹，郭治辰^1,2，宋露洋³，秦艳红¹，文艺¹，高素霞¹，鲁书豪¹，刘琦^1,4，齐红志⁵，李绍建¹

（1.河南省农业科学院植物保护研究所/农业农村部华北南部作物有害生物综合治理重点实验室/河南省农用微生物创新中心，河南郑州 450002；2.华中农业大学植物科学技术学院，湖北武汉 430070；3. 河南农业大学植物保护学院，河南郑州 450046；4.河南中医药大学药学院，河南郑州 450046；5. 河南省农业科学院农业信息技术研究所，河南郑州 450002）

通讯作者: 李绍建（1986-），男，山东潍坊人，副研究员，博士，主要从事药用植物保护研究。E-mail：lishaojianli@126.com
作者简介:王飞（1981-），男，河南南召人，副研究员，在读博士研究生，主要从事药用植物保护研究。E-mail：yunfeiren@163.com。李雪梦为同等贡献作者
基金资助:
国家中药材产业技术体系项目（CARS-21）；河南省中药材产业技术体系项目（HARS-22-11-Z1）；河南省农业科学院新兴学科项目（2024XK06）；河南省农业科学院自主创新项目（2025ZC51）；河南省科技攻关项目（242102111102，252102111102）

Abstract

Abstract: To evaluate the biocontrol and growth‑promoting effects of Bacillus velezensis Bv1‑4 on three medicinal plants（Dioscorea opposite Thunb.，Rehmannia glutinosa Libosch.，Achyranthes bidentata Blume.）and elucidate its mechanisms，the antagonistic effects against different pathogens were assessed through plate confrontation assays and fermentation filtrate antibacterial tests，and the control efficacy was validated through indoor pot trials. Whole‑genome sequencing of strain Bv1‑4 was conducted using third‑generation sequencing technology，and genomic characteristics were analyzed to identify functional genes and assess secondary metabolite biosynthesis potential，thereby further elucidating its antagonistic mechanisms.The results showed that antibacterial rates of isolate Bv1‑4 against Fusarium solani F.oxysporum and F.proliferatum were 67.12%，54.20% and 67.97%，respectively.Both fermented filtrate and sterilized fermented filtrate inhibited mycelial growth and spore germination.In pot experiments，the biocontrol efficacy of isolate Bv1‑4（45.39%—62.31%）was comparable to that of the 500‑fold dilution of 10% difenoconazole water‑dispersible granule. And sole inoculation with isolate Bv1‑4 significantly increased root fresh weight of D.opposite，R.glutinosa，A.bidentata by 19.30%，36.66%，and 75.36%，respectively.Whole genome sequencing revealed that the genome of isolate Bv1‑4 was circular with a length of 4 075 292 bp and the G+C content of 46.35%，and had 4 030 protein‑coding genes.antiSMASH analysis predicted 14 secondary metabolite biosynthetic gene clusters in the genome of isolate Bv1‑4，including seven with complete（100%）similarity to clusters encoding amyloliquecidin GF610，macrolactin H，bacillaene，fengycin，difficidin，bacillibactin，and bacilysin.In conclusion，B.velezensis Bv1‑4 demonstrates excellent biocontrol efficacy against Fusarium diseases in medicinal plants，along with significant plant growth‑promoting traits. These findings highlight its potential for development as a specialized microbial agent for traditional Chinese medicinal crops.

Key words: Bacillus velezensis；Chinese medicinal plant；Dioscorea opposite Thunb.；Rehmannia , glutinosa Libosch.； Achyranthes bidentata Blume.；Growth?promoting effect；Biocontrol；Whole genome sequencing

摘要： 为了评估贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）Bv1-4对怀山药、怀地黄和怀牛膝3种药材的防病促生效果和作用机制，通过平板对峙和发酵滤液抑菌试验检测其对不同病菌的拮抗效果，利用室内盆栽试验验证其防效，并采用三代测序技术进行菌株Bv1-4全基因组测序，分析该菌株的基因组特征，挖掘其功能基因及次级代谢产物合成潜力，进一步明确其拮抗作用机制。结果表明，菌株Bv1-4对怀山药茎基腐病菌（Fusarium solani）、怀地黄根腐病菌（F.oxysporum）和怀牛膝枯萎病菌（F.proliferatum）的抑菌率分别为67.12%、54.20%和67.97%，且发酵滤液和灭菌发酵滤液也能抑制病菌菌丝生长和孢子萌发；室内盆栽试验中，预接种Bv1-4能够显著降低3种病害的病情指数，防效为45.39%~62.31%，与10%苯醚甲环唑水分散粒剂500倍液的防效相当，单独接种Bv1-4也能显著提高怀山药、怀地黄和怀牛膝地下部鲜质量，增幅分别为19.30%、36.66%、75.36%。全基因组测序结果表明，该菌基因组长度为4 075 292 bp，GC含量平均为46.35%，共预测4 030个蛋白质编码基因；通过antiSMASH预测，菌株Bv1-4基因组中共有14 个次级代谢产物合成基因簇，其中与解淀粉素GF610（Amyloliquecidin GF610）、大环内酯素H（Macrolactin H）、杆菌烯素（Bacillaene）、丰原素（Fengycin）、达菲菌素（Difficidin）、儿茶酚型嗜铁素（Bacillibactin）和溶杆菌素（Bacilysin）的生物合成基因簇相似率均为100%。综上，贝莱斯芽孢杆菌Bv1-4对多种药材镰孢菌病害有很好的防治效果，同时表现出显著的促生特性，具备开发为中药材专用微生物菌剂的潜力。

关键词: 贝莱斯芽孢杆菌, 中药材, 怀山药, 怀地黄, 怀牛膝, 促生作用, 生物防治, 全基因组测序

CLC Number:

WANG Fei, LI Xuemeng, YANG Jin, GUO Zhichen, SONG Luyang, QIN Yanhong, WEN Yi, GAO Suxia, LU Shuhao, LIU Qi, QI Hongzhi, LI Shaojian. Evaluation of the Disease Prevention and Growth‑promoting Effects of Bacillus velezensis Bv1‑4 on Three Medicinal Plants and Its Whole Genome Analysis[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2025, 54(11): 79-90.

王飞, 李雪梦, 杨瑾, 郭治辰, 宋露洋, 秦艳红, 文艺, 高素霞, 鲁书豪, 刘琦, 齐红志, 李绍建. 贝莱斯芽孢杆菌Bv1-4 对3 种药材的防病促生效果评价及其全基因组分析[J]. 河南农业科学, 2025, 54(11): 79-90.

Figures/Tables 11

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