越南珊瑚岛土壤中耐盐产胞外多糖贝莱斯芽孢杆菌DTA1的基因组特征及其在土壤修复中的应用

本研究从越南珊瑚岛土壤中分离得到一株耐盐且高产胞外多糖(EPS)的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)DTA1，通过全基因组测序(WGS)揭示了其耐盐、重金属抗性及EPS合成(含epsA-O操纵子和levan合成双通路)的遗传基础。研究发现该菌株在盐/重金属胁迫下EPS产量显著提升，且糖源类型直接影响EPS单糖组成，为珊瑚岛等极端环境下的土壤改良和重金属污染修复提供了优质微生物资源。

　　

珊瑚岛生态系统因其高盐、贫瘠的钙质土壤和极端气候条件，成为农业发展的天然禁区。随着全球气候变化加剧，土壤盐渍化问题日益严峻，越南长达3260公里的海岸线和众多离岛正面临前所未有的生态挑战。传统化学改良方法成本高昂且易造成二次污染，而利用本土耐盐微生物进行生态修复被视为可持续解决方案。其中，能分泌胞外多糖(EPS)的植物促生菌(PGPR)尤为关键——这些天然高分子既能通过阳离子吸附降低土壤盐害，又能通过生物膜形成改善沙质土壤结构，但其在极端环境中的适应机制和遗传基础仍不明确。

越南科学技术翰林院下属科学与技术研究生院的研究团队从越南庆和省珊瑚岛土壤中分离到一株具有突出环境适应能力的贝莱斯芽孢杆菌DTA1。该菌株能在12.5% NaCl和900 μg/mL铅等极端条件下存活，其EPS产量在盐胁迫下提升60%。研究通过表型实验结合全基因组测序(WGS)解析了其多重抗性机制，相关成果发表于《One Ecosystem》期刊。

研究主要采用API 50CHB系统进行碳源利用分析，通过96孔板法测定盐/重金属耐受阈值，结合能量色散谱(EDS)分析EPS元素组成，并利用Illumina NovaSeq平台完成全基因组测序，经SPAdes组装和COG/KEGG数据库注释挖掘功能基因。

结果部分显示：

1. 1.

   形态特征与碳源利用：DTA1菌落呈粘液状，能利用28种碳源，其中蔗糖刺激的EPS产量最高达30.39 g/L，单糖组成呈现葡萄糖:鼠李糖:果糖:甘露糖:N-乙酰葡糖胺=2.61:12.86:7.09:1.00:12.30的特殊比例。

2. 2.

   盐与重金属耐受：耐受12.5% NaCl和900 μg/mL Pb，EDS证实EPS能富集Na⁺、Cl^-及Cd²⁺等重金属离子。

3. 3.

   胁迫下EPS特性：3% NaCl使EPS糖/蛋白含量提升2倍，且出现Co、Mn等金属结合特征。

4. 4.

   基因组特征：3.9 Mb基因组含3784个编码基因，81.79%基因获COG注释，其中8.18%涉及碳水化合物代谢。

5. 5.

   糖转运系统：鉴定到11类磷酸转移酶系统(PTS)，包括蔗糖PTS和纤维二糖PTS的多拷贝基因。

6. 6.

   核苷酸糖合成：发现29个基因参与8种核苷酸糖合成，如UDP-葡萄糖和dTDP-鼠李糖等EPS前体。

7. 7.

   EPS合成通路：首次在贝莱斯芽孢杆菌中同时发现epsA-O操纵子(编码15种合成/转运蛋白)和levan合成基因簇(sacB-levB)。

8. 8.

   胁迫响应基因：含opu系列相容性溶质转运体、nhaC型Na⁺/H⁺逆向转运体及czcD/CadA等重金属外排泵。

讨论指出，DTA1的双重EPS合成通路解释了其在不同碳源下的产物差异：蔗糖诱导levansucrase合成β-2,6-果聚糖，而葡萄糖主要激活Wzx/Wzy依赖型杂多糖合成。这种代谢可塑性使其能适应珊瑚岛多变的环境条件。该研究不仅首次揭示了越南珊瑚岛特有无害芽孢杆菌的基因组特征，更通过阐明EPS合成与胁迫响应的分子偶联机制，为开发"微生物-植物"联合修复技术提供了理论依据。特别是在气候变暖导致沿海盐渍化加剧的背景下，DTA1菌株及其EPS产品在改良珊瑚砂土、固定重金属以及增强作物抗逆性等方面展现出重要应用前景。