西喜马拉雅高地农田土壤中高海拔耐冷代谢多功能新菌——金黄Dyadobacter aurulentus新种的发现与特性研究

本研究从西喜马拉雅Gangotri地区高海拔农田土壤中分离出一株新型耐冷细菌UC10T，通过多相分类学方法（包括16S rRNA基因序列分析、全基因组比较（ANI、dDDH、AAI）、化学分类学（脂肪酸、极性脂质）和表型特征）确定其为Dyadobacter属的新种，命名为Dyadobacter aurulentus sp. nov.。该菌株具有独特的金黄色菌落、广谱温度（5°C–30°C）和pH（6–11）适应性、芳香化合物（如苯甲酸钠）降解能力以及基因组中编码的冷休克蛋白（CSP）、脂肪酸去饱和酶、多重耐药基因等特征，揭示了其在寒冷、贫营养环境中的生态适应机制，为高海拔微生物资源挖掘和低温生物技术应用提供了重要菌种资源和理论依据。

　　

ABSTRACT

一项新颖的细菌菌株UC10^T从印度西喜马拉雅Gangotri地区的高海拔寒冷农田土壤中分离获得。该菌株为革兰氏阴性、严格好氧、不产孢、无动力的短杆状细菌，形成金黄色菌落并产生类flexirubin色素。UC10^T在宽泛的温度（5°C–30°C）、pH（6–11）和盐度（最高4% NaCl）范围内均可生长，最适条件为30°C、pH 7.0和1% NaCl。其近全长16S rRNA基因序列（MK743979）与Dyadobacter luticola相似度最高（98.95%），其次为Dyadobacter crusticola（97.68%）和Dyadobacter koreensis（97.40%），系统发育分析显示UC10^T位于Dyadobacter属内一个独立的分支。全基因组系统发育分析表明UC10^T与Dyadobacter linearis、D. crusticola和D. luticola亲缘关系较近，但通过低平均核苷酸一致性（ANI <81%）、数字化DNA-DNA杂交（dDDH <24%）和平均氨基酸一致性（AAI <80%）值可明确区分。UC10^T基因组大小为6.93 Mb，G+C含量为46.5 mol%，编码多个冷适应相关基因（如冷休克蛋白、脂肪酸去饱和酶）。该菌株还含有芳香化合物降解基因，并能在以苯甲酸钠为唯一碳源的基础培养基中生长。此外，UC10^T的脂肪酸和极性脂质谱显示出独特组成，进一步支持其分化。综合基因组学、表型和化学分类学证据支持将菌株UC10^T确定为一个新种，命名为Dyadobacter aurulentus sp. nov.，模式菌株为UC10^T（= MCC 4019^T = KCTC 72455^T = JCM 34514^T）。

IMPORTANCE

西喜马拉雅Gangotri等高海拔寒冷生境的可培养微生物多样性仍有待深入探索。本研究描述了从此类环境中分离到的一株新型耐冷菌种——Dyadobacter aurulentus sp. nov.。该菌株展示了独特的生态和代谢特性，包括低温生长和降解苯甲酸钠等芳香化合物的能力。基因组分析揭示了关键的冷适应特征，如冷休克蛋白、脂肪酸去饱和酶、硝酸盐同化途径和多重耐药基因，这些特征支持其在营养有限的低温土壤中生存。该菌株独特的化学分类学特征（如高比例的C_16:0脂肪酸和独特的极性脂质）凸显了其生态特异性。这些特性表明其在生物修复和寒冷环境生物技术中的应用潜力。本研究拓宽了我们对Dyadobacter spp.在极端环境中适应策略和生态功能的理解，对挖掘冷活性酶和理解高海拔微生物群落耐药性进化具有重要意义。

INTRODUCTION

Dyadobacter属属于Bacteroidota门Spirosomaceae科，为革兰氏阴性杆状细菌。属名源自希腊语"dyas"（成对）和"bacter"（杆），反映了该属细菌倾向于成对生长的特性。该属成员严格好氧，通常产生类flexirubin色素，使菌落呈现独特的橙色至黄色。Dyadobacter spp.具有广泛的生态多样性，已从陆地、水生、植物相关和寒冷环境中分离得到。多个物种从土壤生态系统中分离，如Dyadobacter fermentans、Dyadobacter soli和Dyadobacter alkalitolerans，它们对微生物群落结构和养分循环有贡献。其他物种如Dyadobacter arcticus、Dyadobacter frigoris和Dyadobacter psychrophilus源自寒冷或北极生境，反映了其对耐冷或嗜冷生活方式的适应。还有一些物种从植物相关环境或饮用水系统中分离。截至2025年8月，该属已有30个有效描述的物种。西喜马拉雅地区以低温、缺氧、强紫外线辐射和贫营养土壤等极端环境条件为特征。这些高海拔生境的可培养微生物多样性相对未被充分探索。在此类区域生存的微生物通常表现出独特的生理、代谢和基因组适应机制。本研究描述了从西喜马拉雅Gangotri地区高海拔农业土壤中分离到的一株新型Dyadobacter菌株UC10^T的多相分类学特征。

MATERIALS AND METHODS

菌株UC10^T于2016年夏季从印度北阿坎德邦Gangotri（海拔3415米）的高海拔农田土壤中分离。采用原位扩散室技术分离冷适应细菌。通过16S rRNA基因测序进行初步鉴定。系统发育树使用MEGA软件构建。菌株UC10^T的基因组采用Illumina HiSeq和Oxford Nanopore Technologies平台进行混合测序，并使用SPAdes进行混合组装。基因组注释使用NCBI原核基因组注释流程。平均核苷酸一致性（ANI）使用OrthoANI计算，数字化DNA-DNA杂交（dDDH）使用基因组到基因组距离计算器（GGDC）估算。形态学特征通过扫描电子显微镜（SEM）观察。生理生化特性使用API 20NE、API ZYM、API 50CH/E系统和BIOLOG GEN III MicroPlate测定。通过商业药敏纸片进行抗生素敏感性测试（AST）。使用Sherlock微生物鉴定系统分析全细胞脂肪酸谱。极性脂质通过二维薄层色谱分析。评估了菌株在以苯甲酸钠为唯一碳源的培养基中的生长和降解能力。

RESULTS AND DISCUSSION

形态生理生化特性

菌株UC10^T形成圆形、凸起、边缘整齐、不透明、粘稠的金黄色菌落（直径1-2毫米）。接触20%氢氧化钾后菌落颜色从黄橙色变为红色，表明存在类flexirubin色素。扫描电镜显示细胞为无鞭毛的短杆状，宽0.8–1.0 μm，长1.0–1.3 μm。革兰氏染色阴性，无动力。在营养琼脂上30°C、pH 7.0、1% NaCl条件下生长最佳。生长温度范围宽（5°C–30°C），最适30°C。pH耐受范围6-11，最适pH 7.0。盐度耐受范围0%-4% NaCl，最适1%。API和BIOLOG测试揭示了其独特的代谢特征，与相近菌株存在显著差异。药敏试验显示其对多种抗生素敏感，但对链霉素、庆大霉素等耐药。

化学分类学特征

UC10^T的脂肪酸谱以高比例的C_16:0（28.9%）和 summed feature 3（C_16:1 ω7c/C_16:1 ω6c，41.2%）为特征，与相近菌株明显不同。极性脂质分析显示其主要成分为磷脂酰乙醇胺（PE），并含有氨基脂质（ALs）、氨基磷脂和几种未知极性脂质（ULs）。其脂质谱与参考菌株存在差异，进一步支持其分类学独特性。

系统发育分析和全基因组相关性指数

基于16S rRNA基因的系统发育分析显示UC10^T与Dyadobacter luticola亲缘关系最近，但形成独立分支。全基因组系统发育分析则表明其与Dyadobacter linearis亲缘关系最近。基因组相关性指数（ANI、dDDH、AAI）均远低于物种界定阈值，证实UC10^T为一个新物种。其基因组大小为6.92 Mb，G+C含量46.5 mol%，预测编码5677个蛋白编码序列，是所比较菌株中最大的。

基因组特征

UC10^T基因组编码多个冷适应相关基因，包括两个冷休克蛋白（CSP）基因、脂肪酸去饱和酶、冷诱导分子伴侣和RNA解旋酶，支持其在低温下的生长能力。基因组中含有完整的IX型分泌系统（T9SS）和表面粘附素基因，但实验未观察到滑动运动，可能与调控或环境条件有关。碳水化合物代谢相关基因丰富，但与体外有限的底物利用能力存在差异，可能反映了其对贫营养环境的适应策略。基因组中含有苯甲酸降解途径的相关基因，体外实验证实其能以苯甲酸钠为唯一碳源生长并降解该化合物。抗生素耐药性分析发现多种耐药基因（如β-内酰胺酶、RND外排泵组件），与表型药敏结果基本一致。此外，基因组还编码I类羊毛硫肽生物合成基因簇、群体感应相关基因、硝酸盐同化基因和重金属抗性基因，表明其具有广泛的生态适应潜力。

Conclusion

综合多相分类学证据，菌株UC10^T被确定为Dyadobacter属的一个新种，命名为Dyadobacter aurulentus sp. nov.。该菌株具有独特的表型、化学分类学和基因组特征，尤其适应高海拔寒冷贫营养环境，并具有芳香化合物降解能力，在环境生物技术和微生物资源挖掘方面具有潜在应用价值。

Description of Dyadobacter aurulentus sp. nov.

Dyadobacter aurulentus sp. nov. （au.ru.len'tus. L. masc. adj. aurulentus, 金色的），指菌落的颜色。

菌落金黄色，边缘整齐，凸起。细胞革兰氏染色阴性，过氧化氢酶和氧化酶阳性，无动力，短杆状，宽0.8–1.0 μm，长1.0–1.5 μm。在营养琼脂上最适生长条件为30°C、pH 7.0、1% NaCl，5-6天长成。能水解七叶苷，利用多种碳水化合物。主要脂肪酸为C_16:0（28.9%）和 summed feature 3（41.2%）。主要极性脂为磷脂酰乙醇胺（PE）。模式菌株UC10^T的G+C含量为46.5%。模式菌株UC10^T分离自西喜马拉雅Gangotri地区的高海拔农田土壤，保藏于MCC、KCTC和JCM。