一种新型菌株Paenibacillus lacisediminis sp. nov.的分离与鉴定：该菌株兼具生物大分子降解能力和促进植物生长的特性

《BMC Microbiology》：Isolation and characterization of a novel strain, Paenibacillus lacisediminis sp. nov., exhibiting both biomacromolecule degradation and plant growth-beneficial activities

　　

摘要

背景

Paenibacillus菌株具有多种分泌水解酶的能力，这些酶能够降解生物大分子，并通过分解真菌细胞壁以及促进氮（N）和磷（P）的循环来作为植物生长促进菌（PGPB）。尽管Paenibacillus的众多特性已被广泛认可，但仅有少数研究指出某些菌株同时能够产生多种水解酶并展现强烈的植物益处特性。本研究的目的是分离并功能性表征一种兼具水解能力与植物生长促进潜力的新型Paenibacillus菌株。

方法

采用基于16S rRNA基因系统发育、基因组分析以及生理和生化特性的多相鉴定方法，对TH7-28^T菌株进行了分离和分类。通过CAZy和KEGG代谢途径注释对其代谢能力进行了分析，并结合Kofam-KOALA功能谱进行分析。利用OGRIs（ANI、dDDH和四核苷酸频率特征分析）确定其与参考菌株的基因组相似性。通过酶活性测定、抗菌敏感性测试、呼吸醌系统鉴定、脂肪酸甲基酯分析和极性脂质组成分析来评估其生物物理和生化特性。小麦发芽试验用于验证其促进植物生长的能力。

结果

TH7-28^T菌株为革兰氏阳性、需氧、白色、杆状。基于16S rRNA基因和基因组序列的系统发育分析表明，该菌株属于Paenibacillus属。Paenibacillus macerans ATCC 8244^T和Paenibacillus oralis KCOM 3021^T与TH7-28^T的ANI值分别为91.00%和92.85%。TH7-28^T与Paenibacillus macerans ATCC 8244^T和Paenibacillus oralis KCOM 3021^T的dDDH值分别为44.60%和52.40%。其呼吸醌为孟昆酮7（MK-7）。主要的细胞脂肪酸（占比>10%）包括anteiso-C_15:0、anteiso-C_17:0、iso-C_16:0和C_16:0。基因组DNA的G+C含量为52.1%。主要的极性脂质包括磷脂乙醇胺、两种氨基脂质和三种磷脂。基因组测序显示，该菌株含有编码碳水化合物活性酶（纤维素酶和淀粉酶）、蛋白酶和磷脂酶的多功能基因簇，以及抗真菌的几丁质酶和内β-1,3-葡聚糖酶。TH7-28^T的生物分子代谢基因类型和基因拷贝数显著高于其他Paenibacillus属菌株，表明其具有强大的大分子降解能力。通过基因证实了其固氮潜力。其 phosphorus 活性通过介导的无机吸收和磷脂酶驱动的有机溶解作用得到验证。实验结果表明，该菌株的几丁质酶（8.12 ± 0.66 × 10^–3 U/mL）、β-1,3-葡聚糖酶（0.023 ± 0.004 U/mL）和氮酶（0.164 ± 0.006 U/mL）活性显著，同时能催化纤维素、淀粉、酪蛋白、几丁质和卵磷脂的水解。小麦发芽实验进一步证实，该菌株显著提高了种子发芽率和茎长，为其实际应用研究奠定了坚实的基础。

结论

从湖底沉积物中分离出的TH7-28^T菌株被鉴定为一个新物种，命名为Paenibacillus lacisediminis sp. nov。该菌株具有多功能水解酶活性、抗真菌酶合成能力、固氮作用、磷溶化作用以及促进植物生长的能力。这些发现证实Paenibacillus lacisediminis sp. nov>是一个在生物技术领域具有应用潜力的菌株，进一步丰富了Paenibacillus属的基因库。