固氮斯氏假单胞菌MBI-RS3菌株全基因组解析及其植物促生机制研究

来自加拿大滑铁卢大学的研究团队报道了具有利福平抗性的固氮斯氏假单胞菌（Stutzerimonas stutzeri）MBI-RS3菌株的完整基因组序列。该研究通过混合测序技术完成高质量基因组组装，揭示了其固氮（nif）、溶磷及植物激素合成相关基因簇，为植物-微生物互作机制提供了重要遗传资源。

　　

研究人员公布了固氮斯氏假单胞菌（Stutzerimonas stutzeri）菌株MBI-RS3的完整基因组序列。该菌株是在滑铁卢大学的混合细菌培养物中发现的利福平耐药衍生株，能够通过生物固氮（nitrogen fixation）、溶解磷酸盐以及产生海藻糖和植物激素等方式促进植物生长。

斯氏假单胞菌属是假单胞菌科（Pseudomonadaceae）中新划分的一个属，以其广泛的适应性和代谢多样性著称。MBI-RS3菌株最初是作为固氮螺菌属（Azospirillum sp.）保存菌株的污染物被发现的，该保存菌株源自滑铁卢大学农用土壤样本（无存档编号）。其在含有50 μg/mL利福平的胰蛋白酶大豆琼脂（TSA）平板上生长，表明其抗性为储存期间自发产生而非实验室筛选所致。

研究人员通过Illumina和Nanopore双平台测序进行杂交组装：Illumina文库使用DNA Prep Kit制备，在MiSeq平台上产生2×251 bp读长，共获得10 million对末端读段（5.0 Gbp，GC含量57.7%，N50为251 bp）；Nanopore文库使用Rapid Barcoding Kit 96制备，在MinION R9.4.1芯片上测得4,000条读段（33.1 Mbp，平均长度8,270 bp，N50为9–10 kb，GC含量64%）。使用Guppy v6.1.5进行碱基识别，Porechop进行接头修剪。

基因组经Unicycler v0.5.0完成杂交组装，整合了SPAdes v3.15.4的短读长组装和Miniasm的长读长校正。最终获得两条环状复制子：一条染色体（4,712,513 bp）和一个质粒（156,519 bp），覆盖度为717×，并通过Bandage v0.8.1进行环状结构验证。

PGAP v6.8注释显示基因组包含4,616个基因，其中4,484个为蛋白质编码序列。CheckM v1.2.3评估显示基因组完整度达99.47%，污染率仅0.2%，质量居于斯氏假单胞菌RefSeq数据库的前25%。通过FastANI v1.32与模式菌株CGMCC11803进行比对，一致性为97.5%，确认其物种分类。基于FastANI距离的系统发育分析（含170个基因组，其中142个假单胞菌属，28个斯氏假单胞菌）显示MBI-RS3聚类于斯氏假单胞菌分支，与假单胞菌属明显分开。

该基因组编码了关键固氮基因（nifH、nifD、nifK），以及根际定殖、趋化和植物促生相关基因。表型分析（BIOLOG GenIII板）表明该菌株可代谢多种碳源（如糊精、D-葡萄糖、D-半乳糖、甘露醇、葡萄糖酸和L-苹果酸），并能耐受8% NaCl。该基因组为研究这一代谢多样性物种的固氮机制及植物-微生物互作提供了重要资源。

附表展示了固氮基因簇的详细信息，包括nifM、nifW、nifV、nifS、nifU、nifN、nifE、nifT、nifK、nifD、nifH、nifL、nifA和nifB基因的定位、氨基酸长度和链方向。