综述：Paenibacillus peoriae：当前认知及其在农业生物技术中的潜力——P. polymyxa近缘种的研究进展

这篇综述系统梳理了革兰氏阳性芽孢杆菌Paenibacillus peoriae的基因组特征、代谢产物及其在农业生物技术中的应用潜力。作者重点阐述了该菌株通过产生抗菌肽（如fusaricidins、polymyxins）、水解酶和植物激素（IAA）实现生物防治（biocontrol）与植物促生（PGPB）的双重机制，并探讨了其在工业酶（cellulase）、生物修复及2,3-丁二醇（2,3-butanediol）生产等领域的应用前景，为可持续农业发展提供了新思路。

　　

基因组特征

作为Paenibacillus polymyxa的近缘种，P. peoriae的基因组大小约5.77-6.19 Mb，GC含量稳定在45-47%。最新测序的HJ-2和ZF390菌株揭示了丰富的功能基因簇，包括非核糖体肽合成酶（NRPS）、聚酮合酶（PKS）等次级代谢产物合成通路。值得注意的是，ZF390菌株携带3个质粒，其基因组中10个生物合成基因簇与抗菌活性密切相关，如编码trans-酰基转移酶聚酮合酶（TransAT-PKS）和铁载体（siderophore）的基因。

生物活性物质与农业应用

生物防治
P. peoriae通过多机制协同抑制病原体：

1. 抗菌代谢物：菌株ZF390可同时合成brevicidin、tridecaptin等6种脂肽，对软腐病菌Pectobacterium brasiliense的抑菌圈直径达15 mm。其标志性产物fusaricidins（A-D型）对镰刀菌（Fusarium spp.）、丝核菌（Rhizoctonia solani）等具有广谱抑制活性。
2. 水解酶系统：菌株RP62分泌的β-1,3-葡聚糖酶（β-1,3-glucanase）和几丁质酶（chitinase）能直接降解病原菌细胞壁。温室试验显示，接种P. peoriae SYbr421的马铃薯块茎感染率降低62%。
3. 诱导系统抗性：菌株HJ-2的鞭毛蛋白（flg基因产物）可激活植物PTI/MTI免疫通路，促进小麦叶片水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）信号分子积累。

植物促生
该菌株通过三重机制促进作物生长：

• 激素调控：产3-吲哚乙酸（IAA）达28.7 μg/mL，显著促进燕麦根系分枝（增加40%表面积）
• 营养转化：nifK/nifD基因介导的固氮酶活性使玉米生物量提高35%，而有机磷 solubilization效率达15.2 mg/L
• 胁迫缓解：ACC脱氨酶（0.8 μmol α-KB/mg/h）降解乙烯前体，缓解盐胁迫对水稻的抑制

工业与生物技术潜力

1. 酶制剂开发：菌株MK1的纤维素内切酶（endoglucanase）在CMC基质中活性达120 U/mg，适用于纺织业生物抛光（biostoning）
2. 生物炼制：NRRL BD-62菌株在微氧条件下2,3-丁二醇产量达0.90 g/L/h，碳转化率40%，其NH₄Cl培养基成本较传统工艺降低60%
3. 环境修复：菌株TS7通过胞外多糖（EPS）吸附铅离子，在100 mg/L Pb²⁺溶液中去除率达89%

未来展望

当前研究尚存三大瓶颈：

1. 田间防效数据不足，仅23%研究涉及大田试验
2. 与丛枝菌根真菌（AMF）的协同机制尚未解析
3. 次级代谢产物工业化提取工艺待优化

突破这些限制将加速P. peoriae从实验室走向田间应用，成为替代化学农药/肥料的绿色解决方案。