水稻是我国主要的粮食作物。白叶枯病是水稻种植过程中一种毁灭性细菌性病害,给我国经济和食品安全带来巨大威胁。虽然抗性育种和化学生物防治等方法可以减轻该病的发生。但是这些策略一方面效果并不稳定,同时,该病害不可预知的爆发等,人们急需寻找新的有效防控该病的策略。目前,噬菌体治疗在食品加工、水产养殖、医疗卫生和农业病害防控等方面得到了很好的应用,因此,本研究拟探讨利用噬菌体治疗的策略防控水稻白叶枯病菌的可行性。黄单胞菌(Xanthomonas oryzae pv.Oryzae,简称Xoo)是引起水稻白叶枯病的病原菌。本研究用来自中国不同水稻产区的9个生理小种的黄单胞菌YN1、YN7、YN11、YN18、YN24、GD414、HEN11、FuJ、ScYc-b,和模式菌株 PX099A 为靶标,对全国6个省采集的32份土壤样品中的Xoo噬菌体进行了检测,发现Xoo噬菌体在不同土壤中普遍存在,其丰度和种类呈现明显的地域差异。我们从这些土壤样品中分离纯化出15个Xoo噬菌体单株,并进一步明确了它们的形态、宿主谱范围和结构蛋白图谱等,发现这些噬菌体具有很高的多样性,暗示中国土壤样品中存在丰富多样的Xoo噬菌体,可以作为噬菌体资源的重要来源。培养基条件下的共培养实验表明分离的噬菌体对10种不同Xoo生理小种均具有很好的防控效果,且混合噬菌体的防控效果明显优于噬菌体单体,具有较好的协同作用,可作为噬菌体鸡尾酒疗法来扩大它们的宿主谱和提高控制效果。同时,这些噬菌体具有较好的环境适应性,在4-50℃和pH3-9的条件下对黄单胞菌的生长均具有较好的防控效果。混合噬菌体对PX099A在水稻植株上也具有显著的防治效果,喷洒混合噬菌体后的水稻植株与未使用噬菌体对照相比,PX099A的CFU在第14天时降低了两个数量级,且病斑长度减半。我们进一步测定了其中4个Xoo噬菌体的基因组,包括Xoo_sp2、Xoo_sp13、Xoo_sp14和Xoo_sp15。与已公布的10个黄单胞菌噬菌体基因组比对分析,发现4个噬菌体都是全新的Xoo噬菌体。基因组注释分析发现4个噬菌体基因组中能注释出功能的基因比例分别仅为25.61%、17.96%、7.14%和16.59%,表明它们含有大量的未知功能基因,蕴含着大量的新型功能基因。这些已知功能基因中发现了一些基因组来源的基因,如FtsK和甲基化酶等。系统发育分析表明这些基因起源于细菌基因组,暗示噬菌体与宿主长期进化过程中存在非常频繁的基因水平转移。鉴于限制性修饰系统是宿主抵御噬菌体的机制之一,在Xoo噬菌体基因组中发现丰富的甲基化酶,可能是Xoo噬菌体利用该系统抵御宿主防御的一种特殊方式。本研究证明了噬菌体疗法可以作为防控水稻白叶枯病的有效候选策略,并分离获得了一批新型高效的Xoo噬菌体。虽然目前抗性育种在水稻白叶枯病防控方面取得了很好的效果,但是由于该病害任然有零星的爆发,以及新的生理小种的出现等问题都给水稻生产带来严重的威胁,噬菌体疗法可以提供一种及时有效候选策略,具有良好的开发前景。我们的研究也为利用噬菌体疗法防控其他农业细菌性病害提供了一个成功的范例和参考。