玫瑰红球菌（Rhodococcus rhodochrous）NB1对玉米的耐盐促生效应及其全基因组研究
殷子薇，红雨
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0503
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《玫瑰红球菌（Rhodococcus rhodochrous）NB1对玉米的耐盐促生效应及其全基因组研究》的研究报告。本试验初步研究菌株对玉米幼苗的促生作用、菌株的促生能力及其耐盐能力等，并结合全基因组测序分析，进一步分析NB1菌株的促生机理，为微生物菌肥在农作物上的应用和发展提供理论依据，对提高盐碱地利用、促进农作物的绿色可持续发展具有重要的意义。
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NB1菌株能产生ACC脱氨酶，具有固氮、溶磷、耐盐碱等能力，能耐受5%的盐浓度，且浇灌NB1菌液后，玉米幼苗长势极显著增高。有研究发现从根际土细菌中筛选了7株红球菌，通过对红球菌的固氮、溶磷等能力进行分析后，发现菌株R. pyridinivorans GX1036具有较好的促生功能，并对该菌株进行全基因组测序，发现共2 083个基因获得注释，其中脂质转运和代谢、氨基酸转运代谢等得到较多的注释基因，并对该菌株进行功能基因预测和功能注释、碳水化合物活性酶分析等。利用16S rRNA基因序列可深入分析了解细菌系统发育和种属鉴定，在此基础上进行全基因组信息分析，可更为深入了解菌株的功能信息。因此本实验通过对NB1菌株16S rRNA基因序列和全基因组进行分析，发现NB1菌株属于玫瑰红球菌（Rhodococcus rhodochrous），共编码基因5 259个，编码基因总长度为5 230 674 bp，平均GC含量为68.30%，同时将基因组序列信息与NR、Swiss-Prot等数据库进行对比，得到NB1菌株基因组功能注释结果，为更加深入地探究其耐盐、促生作用中可能发挥作用的基因簇奠定基础。由于不同红球菌属菌株功能也各有不同，现阶段，研究红球菌属促生、耐盐碱功能的学者相对较少，红球菌的功能还有待继续研究发掘。
本研究从NB1菌株基因组中共发现178个基因编码的蛋白质结构属于CAZy家族，内含几丁质酶、α-淀粉酶、蔗糖酶等基因。几丁质酶属于糖基水解酶，能特异性水解或协同水解几丁质，广泛存在生物体中，起着重要作用。前人研究表明，在几丁质酶的作用下水解所得的几丁寡糖对黄瓜和生菜幼苗具有明显的促生作用。同时有研究发现，随着植物的生长，蔗糖酶活性也会随之提高。蔗糖酶可有效催化土壤有机物的分解、转化，通过促进土壤中碳循环，从而使土壤中的肥力水平得到提升。因此，推测NB1菌株具有一定的促生、耐盐作用与菌株内所含的功能酶基因存在密切关联。
对NB1菌株的次级代谢产物合成基因簇进行系统的鉴定分析后，共得到14个次级代谢产物基因簇，已知功能基因簇和未知基因功能簇各7个，其中，Cluster7与BGC000085来源的Ectoine合成基因簇相似性最高，其相似性为75%。四氢嘧啶是嗜盐微生物细胞内重要的次级代谢产物，最早发现于极端嗜盐菌中，可帮助微生物来适应高盐等恶劣环境。因此，推测NB1菌株具有耐盐特性与菌株内含有的四氢嘧啶有着密切关联。在研究γ-氨基丁酸和四氢嘧啶对盐渍化土壤中棉花抗氧化等特性中发现，在添加定量的γ-氨基丁酸和四氢嘧啶能有效降低盐胁迫条件下棉花花叶、茎、刺和种子中Cl-和Na+的含量，说明γ-氨基丁酸和四氢嘧啶具有缓解棉花盐胁迫的潜力。因此，推测NB1菌株的部分次级代谢产物能增加植物的耐盐作用，可能具有缓解玉米盐胁迫的潜力。
研究发现，NB1菌株内含457个毒力因子，主要包括肠杆菌素、溶细胞素等毒力因子，其中，部分毒力因子能抑制铜绿假单胞菌的生长，并能从转铁蛋白和乳铁蛋白中争夺铁离子。肠杆菌素介导的高亲和力铁离子摄取系统对革兰氏阴性菌病原体的生存以及侵染宿主起着至关重要的作用，能有效抑制革兰氏阴性菌的体外生长。植物乳酸杆菌（CCFM233）通过产生AI-2信号分子能抑制铜绿假单胞菌，降低致病菌生物膜的生长。NB1菌株内含324个耐药基因，主要包括消毒剂和防腐剂、四环素抗生素、大环内酯类抗生素等40种。研究发现四环素类抗生素对藜麦植株的株高、根茎、叶面积以及生物量等均起到促进作用，且其促进作用显著高于土霉素和金霉素，除此之外还能抑制藜麦叶片的电导率和根系MDA活性，增加藜麦植株的抗逆性。NB1菌株能有效地抑制病原菌的生长，具有抑制生物膜形成和增加植物抗逆性等能力。
NB1菌株鉴定为玫瑰红球菌Rhodococcus rhodochrous，具有固氮、溶磷、产ACC脱氨酶、耐盐等能力。全基因组测序分析发现，NB1菌株基因组中存在几丁质酶、糖原或淀粉磷酸化酶、β-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、蔗糖酶等酶的基因，以及具有耐盐、促生特性的四氢嘧啶、四环素类抗生素、肠杆菌素等相关基因，一些基因可能有助于NB1菌株来提高玉米盐碱的耐受能力，从而能有效促进玉米幼苗的生长，因此，该菌株可用于植物促生、耐盐菌剂，具有良好的应用前景。
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