《Frontiers in Microbiology》：Multi-omics characterization of a rhizosphere-derived Bacillus cereus CBS-B5 strain reveals genomic stability, metabolic versatility, and biosafety-related genomic features for agricultural applications
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引言：蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）群体（亦称B. cereus sensu lato）菌株具有潜在植物促生长特性，但可能携带毒力与抗菌耐药（AMR）决定因子。本研究对根际来源的B. cereus CBS-B5菌株进行表征，以评估其功能潜力与生
引言：蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）群体（亦称B. cereus sensu lato）菌株具有潜在植物促生长特性，但可能携带毒力与抗菌耐药（AMR）决定因子。本研究对根际来源的B. cereus CBS-B5菌株进行表征，以评估其功能潜力与生物安全相关特征。方法：CBS-B5分离自甜菜根际，研究人员采用整合表型实验、全基因组测序、系统发育基因组与比较基因组分析以及代谢组学谱分析的多组学方法对其进行表征。结果：CBS-B5在高盐条件下可见生长，热应激后表现恢复能力，并形成强生物膜，但未检测到溶磷活性。全基因组测序揭示其基因组为5.02 Mb、GC含量35%、完整度100%、污染度0.03%。系统发育基因组分析将CBS-B5归入B. cereus群。比较基因组与功能分析显示基因组稳定性、代谢多功能性、胁迫适应潜力及多样生物合成基因簇（BGCs）。约16%蛋白质组受移动遗传元件（MGEs）与水平基因转移（HGT）影响，支持基因组可塑性。代谢组学确认氮循环、渗透保护及植物源化合物转化等活跃代谢过程。尽管检出nheABC、cytK、inhA等毒力相关基因及β-溶血活性，但AMR与毒力决定因子水平传播潜力有限；AMR基因移动性低，表型耐药除固有特性外极微。讨论：综上，CBS-B5兼具基因组稳定性、代谢灵活性与生态适应性。从同一健康（One Health）视角，基因组分析提示AMR与毒力决定因子水平传播潜力有限；然而染色体编码毒素相关基因与β-溶血活性的存在表明，农业应用前需进一步生物安全评价。
研究背景与立项依据
蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）群（亦称B. cereus sensu lato，包含炭疽芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌等近缘种）是土壤与植物根际广泛分布的革兰氏阳性、杆状、产内生孢子细菌，兼具腐生、植物根际共生与哺乳/昆虫宿主致病双重生态角色。该菌群因具营养动员、铁载体介导铁获取、植物激素产生及盐/热胁迫缓解等植物促生（PGPR）潜力，已被开发为生物肥料与生物防治剂；但同时部分成员携带溶血素BL（HBL）、非溶血性肠毒素（NHE）、细胞毒素K（CytK）等肠毒素及抗菌耐药（AMR）基因，构成食品安全与同一健康（One Health）风险。当前研究瓶颈在于：较少有研究将基因组尺度预测与实验验证表型、代谢活性在环境相关条件下整合，根际有益株与潜在有害谱系甄别困难。为此，研究人员从埃及吉萨甜菜（Beta vulgaris L.）根际分离B. cereus CBS-B5，采用多组学框架评估其生态适应、代谢多功能性、预测PGPR潜力及生物安全基因组特征，为后续活体（in planta）验证与生物安全评价建立基础。该文发表于《Frontiers in Microbiology》。
主要关键技术方法
研究人员以甜菜根际土为样本队列来源，依次开展：基于形态学与BOX/ERIC/GTG5-PCR指纹的菌株鉴定；盐/热胁迫恢复、溶磷、结晶紫微孔板生物膜定量、血平板溶血及CLSI纸片扩散药敏等表型实验；水稻基质培养结合LC-MS（Shim-pack GIST PFPP柱、电喷雾电离源）非靶向代谢组学；Illumina NovaSeq X Plus测序与Unicycler de novo组装、CheckM2质量评估、PGAP注释；GTDB-Tk与FastANI分类、OrthoFinder单拷贝直系同源串联树（IQ-TREE建树）系统发育基因组学；eggNOG-mapper功能注释、mobileOG-pl筛查移动遗传元件（MGEs）、CRISPRCasFinder检测CRISPR-Cas、HGTector预测水平基因转移（HGT）、CARD/RGI与VFDB/Abricate分别预测耐药组与毒力组、BEDTools评估AMR/毒力基因与MGE物理距离、antiSMASH预测生物合成基因簇（BGCs）、Panaroo比较基因组。
研究结果
3.1 细菌分离与形态表征：经NA平板分离、革兰染色与孔雀绿孢子染色，CBS-B5呈革兰氏阳性杆状短链、中央/亚末端内生孢子，菌落奶油色粗糙不规则，符合B. cereus群标准描述。
3.2 热应激恢复与耐盐：液体培养中30–65℃处理30 min后于30℃恢复，OD600均超对照且平板回接有菌落；NA平板耐盐至1.72 M（10%）NaCl，2.00 M抑制，定性判为耐盐。
3.3 溶磷与生物膜：Pikovskaya平板7天无透明圈，无溶磷；结晶紫法OD530≈0.52–0.55，超4倍阴性 cutoff，定为强生物膜生产者。
3.4 溶血与药敏：5%血平板呈清晰溶血环（β-溶血）；纸片扩散对丝裂霉素（38.8 mm）、氯霉素（31.5 mm）、四环素（25.7 mm）、头孢他啶（22.5 mm）敏感，阿奇霉素中介（19.1 mm），青霉素耐药（5.5 mm）。
3.5 PCR指纹：BOX/ERIC/GTG5-PCR均获特异条带，支持基因型界定。
3.6 LC-MS次级代谢物：水稻培养14天，CBS-B5独有3-脱氢奎尼酸与天冬酰胺；对照独有半胱氨酸与鸟苷酸；上调显著者含胆碱（FC 2.47）、柠檬酸（2.14）、鸟嘌呤（3.83）、次黄嘌呤（2.49）、肌苷（2.20）、异柠檬酸（2.14）、苯乳酸（6.98），下调含胞苷酸、泛酸、苏氨酸，提示氮循环、渗透保护及植物源转化活跃。
3.7 基因组测序组装注释：19.35 M双端读长，Unicycler得55 contigs共5,026,553 bp，N50 271,007 bp，GC 35%，438×深度，CheckM2完整100%/污染0.03%，无质粒contig；PGAP注释5,234基因（5,013蛋白编码、167假基因、54 RNA），登录JBPRPQ000000000。
3.8 分类与系统发育：GTDB-Tk归B. cereus sensu lato，FastANI最高与B. cereus/Rock3-42及Bacillus sp. SI2达97.7%以上；OrthoFinder+I2树支持CBS-B5聚于B. cereus clade内近Rock3-42/SI2支（bootstrap≥95%）。
3.9 GO与功能：eggNOG注释4,134蛋白，生物过程62.2%（代谢/细胞过程为主），分子功能25.7%（催化/结合），细胞组分12.2%（胞内/膜/核糖体型）。
3.10 MGEs与CRISPR：mobileOG检48 MGE相关蛋白（整合酶/转座酶/接合类）；CRISPRCasFinder得2个低置信阵列（27 bp、24 bp重复，单spacer，evidence level 1）与cas3/cas2各若干，无完整CRISPR-Cas，疑退化残迹。
3.11 HGT：HGTector预测812基因（16.2%蛋白质组） putative HGT，多属厚壁菌/芽孢杆菌同源，仅BcII（bla2）具HGT信号。
3.12 耐药组与毒力组：RGI检fosB（磷霉素）、mphL（大环内酯）、BLA1（A类β-内酰胺酶）、BcII（B1金属β-内酰胺酶）；VFDB/Abricate检nheABC、cytK、inhA、BAS3109/ALO（硫醇激活溶细胞素），同源性92%–98%。
3.13 移动性评估：fosB/mphL/BcII距最近MGE>20 kb（低共移动），BLA1距tnpB 7,278 bp（中）；毒力侧nheABC与ALO重叠HGT区，inhA近HGT富集位，cytK无MGE/HGT关联，判垂直遗传。
3.14（原文未单列，略）3.15 BGCs：antiSMASH检得多样BGCs（原文未列具体类目，仅述“diverse biosynthetic gene clusters”）。
3.16 PGPR基因：二值筛查经典PGPR标记（溶磷/铁载体/非生物胁迫），但表型溶磷阴性，基因组层面具部分胁迫相关基因。
3.17 比较基因组：与B. anthracis、B. cereus、B. thuringiensis参考基因组Prokka+Panaroo分析，得核心/特有基因分布，支持开放泛基因组与生态可塑性。
讨论与结论翻译
讨论部分指出，CBS-B5整合了基因组稳定性、代谢灵活性与生态适应性，在盐/热胁迫下具恢复力、强生物膜与活跃氮/渗透代谢，但缺乏溶磷；比较基因组显示约16%蛋白质组受HGT影响却未见AMR/毒力大规模水平传播配置，AMR基因除固有青霉素耐药外表型敏感、且多远离MGE。从One Health框架看，染色体编码nheABC、cytK、inhA及β-溶血活性虽水平扩散风险低，仍构成农业施用的生物安全隐忧，需活体（in planta）与毒理进一步验证。
结论（原文Discussion末段浓缩）：总体而言，CBS-B5兼具基因组稳定性、代谢灵活性与生态适应性。从同一健康视角，基因组分析提示抗菌耐药与毒力决定因子水平传播潜力有限；然而染色体编码毒素相关基因及β-溶血活性的存在表明，农业应用前需附加生物安全评价。
