从实验室污染物中分离出的一种潜在新型Paenibacillus物种的基因组与代谢特性研究：该菌株在支持棉花组织培养的培养基上生长

《MicrobiologyOpen》：Genomic and Metabolic Characterization of a Potentially Novel Paenibacillus Species Isolated as a Laboratory Contaminant Growing on Medium Supporting Cotton Tissue Culture

基因组测序和代谢分析表明，从棉组织培养中分离的Paenibacillus sp. TAB_01具有与已知19种近缘种显著不同的基因组特征和代谢能力，提示其为新物种。该菌株能高效产铵（112.4 μg/mL）、无机磷（65.6 μg/mL）和IAA（19.5 ng/mL），支持植物生长。

　　本研究围绕一种从棉花植物组织培养中分离出的潜在新物种 *Paenibacillus* sp. TAB_01 展开，重点分析了其基因组和代谢特性。*Paenibacillus* 是一个具有广泛生态分布的细菌属，其成员在植物、昆虫、环境以及人类健康中扮演着重要角色。该属细菌通常为兼性厌氧、杆状、革兰氏阳性或变异性，且能在有氧条件下形成内生孢子。自1994年由 Ash 等人重新分类以来，*Paenibacillus* 的分类体系持续扩展，目前已有316个有效发表的物种。这一背景为研究 *Paenibacillus* sp. TAB_01 提供了重要的参考价值，因为该菌株展现出与现有物种不同的特性，可能代表一个新物种。

通过使用牛津纳米孔测序技术，研究人员对 *Paenibacillus* sp. TAB_01 进行了全基因组测序、拼接和注释。测序结果表明，该菌株的基因组大小为7.46 Mb，G + C 含量为52.14%，包含7353个总基因，其中6553个为编码DNA序列（CDS），159个为RNA序列，包括109个tRNA基因、46个rRNA基因以及两个CRISPR区域。此外，基因组中还预测出6553个蛋白序列。这些数据表明，该菌株具有丰富的基因组信息，可能具有独特的功能基因。

为了评估该菌株与 *Paenibacillus* 其他物种的基因组相似性，研究采用了三种方法：DNA-DNA杂交（DDH）、平均核苷酸身份（ANI）和正交ANI（OrthoANI）。通过这些分析，研究发现 *Paenibacillus* sp. TAB_01 与其最近的基因组邻居 *Paenibacillus rigui* 的相似度仅为22.2%，而基于BLAST的ANI值为76.8%，基于USEARCH的OrthoANI值为78%。这一结果表明，该菌株在基因组层面与现有物种存在显著差异，可能是一个新物种。

基于多基因序列分析（MLSA）构建的系统发育树进一步支持这一结论。研究选择了19个 *Paenibacillus* 物种，包括该新菌株，通过六个保守基因（16S rRNA、*rpoB*、*recA*、*gyrA*、*gyrB* 和 *dnaK*）进行分析。结果表明，*Paenibacillus* sp. TAB_01 在系统发育树中形成了一个独立的分支，与现有物种明显不同。这表明该菌株在进化上可能与现有物种没有直接的亲缘关系。

除了基因组分析，研究还评估了 *Paenibacillus* sp. TAB_01 的植物促生代谢物生产能力。该菌株能够生产大量的铵（112.4 μg/mL）、可溶性无机磷酸盐（65.6 μg/mL）和吲哚-3-乙酸（IAA，19.5 ng/mL）。这些代谢物的测定采用了比色法，结果显示了高度的线性关系（R2 > 0.95），表明该菌株具有显著的植物促生能力。铵和可溶性磷酸盐的生产有助于提高土壤中营养物质的可利用性，而IAA的产生则可能促进植物的生长和发育。

在碳源利用方面，研究使用了Biolog PM1和PM2微孔板进行代谢活动分析。菌株对多种碳源表现出积极的利用能力，包括多糖类（如α-环糊精、β-环糊精、果胶和壳多糖）、糖醇类（如甘露醇和山梨醇）、二糖类（如蔗糖、D-蜜二糖和乳糖）以及氨基酸类（如L-谷氨酰胺、L-天冬酰胺和L-丝氨酸）。这些结果表明，*Paenibacillus* sp. TAB_01 具有广泛的碳源利用能力，可能适应多种环境条件。

通过API ZYM试剂盒进行的酶活性分析显示，该菌株对多种酶表现出活性，包括精氨酸二氢化酶、赖氨酸脱羧酶、鸟氨酸脱羧酶、明胶酶以及在发酵或氧化条件下对葡萄糖和蔗糖的代谢。这些酶的活性表明该菌株在氮代谢、蛋白质降解和碳水化合物发酵方面具有显著的功能。此外，该菌株对尿素的分解能力也显示出其在氮源利用方面的潜力。

研究还发现，该菌株的CRISPR区域和相关cas基因可能在适应环境中起到重要作用。CRISPR系统赋予细菌对抗病毒、质粒和转座子的能力，而 *Paenibacillus* sp. TAB_01 的基因组中存在两个CRISPR阵列，以及七个cas基因，可能有助于其在复杂环境中的生存。此外，该菌株对多种碳源的高效利用，包括复杂的多糖和糖醇，可能使其在植物根际和土壤中具有竞争优势。

综合来看，*Paenibacillus* sp. TAB_01 在基因组和代谢层面都表现出独特的特征，可能是一个新的 *Paenibacillus* 物种。其植物促生能力，如溶磷、固氮和IAA生产，使其在农业和环境应用中具有潜在价值。然而，进一步的在植物体内的研究仍然是必要的，以验证其实际应用潜力。这些发现不仅丰富了 *Paenibacillus* 的分类学知识，也为未来研究其在生态和农业中的作用提供了基础。