盐球菌Salinicoccus sp. HZC-1的基因组与代谢组学解析：揭示新型嗜盐菌在盐碱环境下木质素降解的非经典途径与生物技术潜力

为解决盐碱环境中木质素废弃物高效生物降解的难题，研究人员开展了一株新型嗜盐菌Salinicoccus sp. HZC-1的分离、基因组与代谢组学分析。研究发现该菌通过非经典途径（如β-葡萄糖苷酶、芳香环双加氧酶等）降解木质素衍生物，揭示了其多重耐盐机制（Na+/H+逆向转运蛋白、甘氨酸甜菜碱转运系统等），为盐碱环境生物修复和木质素高值化利用提供了新的菌种资源与理论依据。

　　

随着全球对可再生资源利用需求的不断提升，木质素作为植物细胞壁中含量最丰富的芳香族聚合物，其高效降解与转化已成为生物能源和绿色化学品生产领域的焦点。然而，木质素结构复杂、高度异质化，传统化学物理降解方法能耗高、污染重，亟需开发环境友好的生物降解策略。尽管真菌在白腐菌降解木质素方面研究较多，但细菌因其生长快速、遗传操作便捷、易于工业化应用等优势正受到越来越多的关注。极端环境微生物，特别是嗜盐碱菌，由于能够在高盐、高pH条件下保持酶活性和底物可及性，在海洋生物质、造纸黑液等盐碱环境下的木质素处理中展现出独特潜力。

近期发表于《BMC Genomics》的一项研究，由杨凤倩等完成，通过对一株新颖嗜盐细菌Salinicoccus sp. HZC-1的多组学分析，系统揭示了该菌在盐碱条件下的木质素降解机制与环境适应性策略。

为开展本研究，作者运用了以下几项关键技术方法：从青海省海东市盐碱地（土壤盐度0.40–0.58%，pH 8.1–8.4）采集样品，通过以碱性木质素为唯一碳源、7% NaCl和高pH（8.0）的选择性培养基进行菌株分离；结合16S rRNA基因测序、平均核苷酸一致性（ANI）和数字化DNA-DNA杂交（dDDH）进行物种鉴定；采用扫描电镜（SEM）和生理生化实验表征菌株形态与耐受性；利用Nanopore和Illumina双平台测序完成全基因组测序与组装；通过RAST、GO、KEGG、COG等数据库进行基因功能注释和比较基因组分析；应用非靶向代谢组学（UHPLC-Exploris 240）分析菌株在0、7和14天时培养上清中的代谢物变化，借助HMDB、Metlin等数据库进行代谢物鉴定与通路富集分析。

研究结果主要包括以下几方面：

16S rRNA基因序列分析

通过系统发育分析，HZC-1菌株与已知Salinicoccus species的16S rRNA基因相似性最高仅为97.69%（低于98.7%的物种划分阈值），ANI和dDDH值也远低于物种界定标准，支持其为一个潜在新种。

形态、生理和生化特性

菌株HZC-1为革兰氏阳性球菌，能在1–18% NaCl和pH 5.0–11.0范围内生长，最适条件为30°C、pH 7.0–9.0、NaCl 1–5%，属于中度嗜盐碱菌。扫描电镜显示其细胞呈球状、排列成四联或不规则簇状，表面粗糙，可能有利于附着木质素基质。

基因组特征与比较基因组学

HZC-1基因组大小为2.84 Mb，GC含量43.2%，编码2874个基因。通过COG、GO、KEGG等功能注释，发现多个与盐碱耐受相关的基因和系统，如Na⁺/H⁺逆向转运蛋白（nhaP、mrp系统）、甘氨酸甜菜碱转运系统（proVWX）、钾离子摄取系统（ktrABD）以及重金属抗性基因（czcD、mntH）。这些基因共同构成了该菌在高压环境下的离子平衡和有机溶质调整机制。

基因岛分析与木质素降解潜能

研究预测到20个基因岛（GIs），其中GI-1、GI-7、GI-14、GI-17、GI-19等含有与木质素降解和盐适应相关的基因，如多铜氧化酶（可能具类漆酶活性）、短链脱氢酶/还原酶（SDR）、醛脱氢酶等。值得注意的是，HZC-1缺乏经典木质素降解酶（如LiP、MnP），表明其可能通过非经典途径（如β-葡萄糖苷酶、芳香环双加氧酶和萘降解相关酶）降解木质素衍生物。

非靶向代谢组学分析

培养第7天和第14天的代谢物变化显示，菌株分泌了大量木质素衍生芳香化合物（如香草酸、阿魏酸、邻氨基苯甲酸等），KEGG富集分析进一步表明，苯甲酸降解、甲苯降解、萘降解等通路显著激活。这些结果证实HZC-1可能通过自由基链式反应和芳香环开裂将木质素单体转化为三羧酸（TCA）循环中间体，最终同化为细胞碳骨架。

研究结论与意义

本研究通过整合基因组与代谢组学数据，揭示了Salinicoccus sp. HZC-1在盐碱环境下通过非经典酶系统降解木质素的独特机制。该菌缺乏传统木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶，而是依赖β-葡萄糖苷酶、芳香环羟基双加氧酶、萘降解酶等多酶协同作用，实现木质素解聚与芳香化合物转化。其多重耐盐机制（如Na⁺/H⁺逆向转运、甘氨酸甜菜碱积累、氧化应激缓解等）与木质素代谢网络的耦合，为理解极端微生物的适应性进化提供了新视角。

该菌株的发现和机制解析不仅拓展了Salinicoccus属的资源与分类学认识，也为盐碱土壤、海洋沉积物、造纸废水等高盐碱环境中的木质素生物降解与污染物修复提供了新的候选菌株和酶资源。未来研究可进一步聚焦关键酶的功能验证、代谢途径优化及菌株改造，以推动其在工业生物技术中的应用。