海洋新型细菌Pontimicrobium maritimus sp. nov.的比较基因组分析揭示其海水适应机制

本研究从韩国西海分离出一株新型滑动革兰氏阴性杆菌Pontimicrobium maritimus SW4T，通过比较基因组分析揭示其独特的海洋适应机制。研究发现该菌株具有重金属转运、氮硫循环、氧化/渗透应激响应相关基因，以及丰富的碳水化合物活性酶(CAZymes)，为理解海洋微生物生态功能及生物修复潜力提供新见解。

　　

海洋环境中蕴藏着丰富的微生物资源，其中拟杆菌门(Bacteroidota)是仅次于变形菌门和蓝藻门的第三大细菌类群。作为拟杆菌门中的重要成员，黄杆菌科(Flavobacteriaceae)在海洋碳循环中扮演关键角色，能够降解复杂多糖和蛋白质。然而，该科中Pontimicrobium属的物种多样性及生态功能研究仍存在空白。韩国生物科学与生物技术研究院的研究团队从韩国西海潮滩海水中分离到一株新型菌株SW4^T，通过多相分类学和比较基因组学方法，系统研究了其分类地位和生态适应机制。

研究采用纳米孔测序技术完成全基因组测序，通过16S rRNA基因系统发育分析确定分类地位，结合生理生化实验验证表型特征，运用KEGG、RAST等数据库进行功能注释，并通过体外实验验证重金属耐受性和多糖降解能力。

Novel strain isolation and morphology
通过扫描电镜观察发现SW4^T为长杆状细胞（1.5-1.9μm×0.2-0.3μm），在MA培养基上形成黄色圆形菌落。

16S rRNA gene-based phylogeny
16S rRNA基因序列分析显示该菌株与Pontimicrobium aquaticum KCTC 72003^T相似度为97.0%，低于物种界定阈值98.7%。

Genome analysis and phylogeny
全基因组分析显示SW4^T含有3.44 Mb环状染色体和6,997 bp质粒，GC含量32%。与P. aquaticum的平均核苷酸相似性(ANI)为81.6%，数字DNA-DNA杂交(dDDH)值为24.4%，证实其为新种。

Comparative genomes analysis
KEGG分析揭示SW4^T具有完整的氨基酸合成途径。RAST注释发现其含有199个氨基酸代谢相关基因，显著多于参考菌株。

Genomic features related to the metabolism of heavy metals
基因组预测与表型实验一致显示该菌株耐受Cu²⁺(0.1 mM)、Co²⁺(2 mM)、Ni²⁺(3 mM)和Mn²⁺(20 mM)，具有CorA、CopA等重金属转运蛋白基因。

Genomic features related to nitrogen and sulfur cycling
SW4^T含有亚硝酸盐还原途径基因，可将亚硝酸盐转化为氨，而参考菌株P. aquaticum则具有更多反硝化基因。硫代谢相关thioredoxin-disulfide reductase基因在两种菌株中高度保守。

Genomic insights into stress response and marine adaptation
该菌株含有sodA、katG等抗氧化基因，以及ibpB、dnaK等热休克蛋白基因，能有效应对潮间带环境的氧化和渗透压力。

Annotation of carbohydrate-active enzymes(CAZymes)
dbCAN2分析鉴定出57个CAZymes（包括36个GTs和13个GHs），体外实验证实其能降解纤维素、几丁质等多种多糖。

研究结论表明，Pontimicrobium maritimus SW4^T通过独特的基因组特征适应潮间带环境波动，包括：重金属耐受系统维持离子稳态，氮硫循环基因参与元素转化，丰富的CAZymes促进多糖降解，以及多层次的应激响应机制。这些发现不仅扩充了黄杆菌科的物种资源，更为理解海洋微生物在元素循环和有机物降解中的生态功能提供了分子基础。该菌株的重金属抗性和多糖降解能力显示出潜在的生物修复和生物技术应用价值。论文发表在《Scientific Reports》期刊，为海洋微生物资源开发和生态保护研究提供了重要参考。