《Ecology and Evolution》：Genome-Resolved Insights Into Phosphate-Solubilizing Bacteria From Wild Rice Rhizosphere Reveal Adaptive Strategies for Phosphorus Cycling Under Acid-Saline Stress in the Mekong Delta, Vietnam
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磷（Phosphorus, P）限制制约了湄公河三角洲酸性盐渍土中的作物生产力，在该环境中，低磷有效性而非总磷含量是限制植物生长的关键因素。本研究旨在从野生稻（Oryza rufipogon）根际分离解磷细菌（phosphate-solubilizing ba
磷（Phosphorus, P）限制制约了湄公河三角洲酸性盐渍土中的作物生产力，在该环境中，低磷有效性而非总磷含量是限制植物生长的关键因素。本研究旨在从野生稻（Oryza rufipogon）根际分离解磷细菌（phosphate-solubilizing bacteria, PSB），并探究其功能特性与适应的基因组基础。共获得43株细菌分离物，其中10株表现出较强的解磷活性（磷酸盐溶解指数, PSI 1.5–2.5）。所选菌株培养10天后释放的可溶性磷高达约900 mg·L?1，其中菌株GC1.3在pH 4–7和0.1%–1.0% NaCl条件下表现出高耐受性，且在pH 6时其可溶性磷释放量超过1000 mg·L?1。全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS）显示，GC1.3属于Enterobacter hormaechei（平均核苷酸一致性, ANI = 95.93%），其完整基因组大小为4.78 Mb。基因组分析鉴定了参与磷动员的关键基因，包括gcd和pqqC（有机酸产生）、phnC-phnD（膦酸盐摄取）以及ppk-ppx（多聚磷酸盐代谢），并发现多个与离子稳态、渗透保护和氧化应激相关的应激响应系统。值得注意的是，GC1.3携带411个磷相关基因，数量超过参考菌株。这些发现表明，野生稻根际栖息着代谢功能多样的解磷细菌，能够在酸-盐胁迫下维持磷循环。菌株E. hormaechei GC1.3显示出作为生物肥料候选菌株的显著潜力，可用于提高胁迫易发农业土壤中的磷有效性。
基因组解析揭示野生稻根际解磷细菌在酸-盐胁迫下的磷循环适应策略
磷（Phosphorus, P）是植物生长发育所必需的大量元素，但农业土壤中大部分磷被固定为难溶性无机态或有机络合物，导致磷有效性极低。在越南湄公河三角洲，酸性硫酸盐土壤与海水入侵引发的盐渍化进一步加剧了磷限制，严重制约农作物产量。解磷细菌（phosphate-solubilizing bacteria, PSB）作为土壤微生物群落中磷循环的关键驱动者，可通过分泌有机酸、螯合金属离子等机制将难溶性磷酸盐转化为植物可利用态。然而，目前对同时受盐度和酸性胁迫影响的复杂环境中植物相关PSB的研究，仍缺乏将生理表现与基因组功能相结合的系统性分析。为此，研究人员以湄公河三角洲野生稻（Oryza rufipogon）根际为研究对象，开展PSB的分离筛选、酸-盐胁迫下的功能评价及全基因组解析，以揭示其磷动员和环境适应的遗传机制，为开发适用于逆境农田的生物肥料提供理论依据。
研究人员于2024年10月从前江省（Tien Giang Province）鹅贡东县（Go Cong Dong district）和丐礼县（Cai Lay district）共8个采样点采集野生稻根际土壤，每地点形成复合样本。通过以磷酸三钙为唯一磷源的NBRIP选择性培养基分离菌株，利用磷酸盐溶解指数（phosphate solubilization index, PSI）进行定性和定量筛选；对代表性菌株开展不同NaCl浓度（0%–1.0%）和pH（3–9）处理下的生长与溶磷能力测定。菌株鉴定采用16S rRNA基因序列分析；对优选菌株采用Illumina短读长和Nanopore长读长相结合的混合测序策略进行全基因组测序，经Unicycler组装、BUSCO和CheckM质量评估，使用GTDB-Tk进行物种分类，并利用eggNOG-mapper和KofamKOALA进行功能注释及KEGG通路重建。
3.1 菌株的分离与形态多样性：从野生稻根际土壤中分离获得43株细菌，其中95.34%为革兰氏阴性菌，55.81%为球菌，44.18%为杆菌，菌落形态呈现多样性。
3.2 PSB的筛选：43株菌的PSI随培养时间变化，范围为1.00–3.00。菌株CL3.1的PSI值最高（3.00 ± 0.10），其次为CL4.8（2.54 ± 0.18）和GC1.2（2.49 ± 0.15）；依据第10天PSI值筛选出10株进入后续定量分析。
3.3 定量磷溶解：在第10天，菌株GC3.1释放可溶性磷约950 mg·L
?1，为最高值；GC1.2、GC1.3和CL4.8释放量在800–920 mg·L
?1之间；而GC4.4和CL3.1始终低于350 mg·L
?1，表明菌株间溶磷能力差异显著。
3.4 盐度对生长和磷溶解的影响：5株菌在0.7%–1.0% NaCl浓度下生长明显受抑，可溶性磷释放量随盐浓度升高而下降。其中GC1.2和GC1.3在0.5%–0.7% NaCl条件下仍保持较高的OD
600值，表现出相对较强的耐盐溶磷能力。
3.5 pH对生长和磷溶解的影响：所有菌株在pH 6–7时生长和溶磷活性最高，pH 3和pH 8–9条件下显著降低；GC1.3在pH 4–7范围内表现出较强的耐受性，且在pH 6时可溶性磷释放量超过1000 mg·L
?1。
3.6 分子鉴定：16S rRNA基因分析显示，GC1.2和GC1.5为Pseudomonas sp.，GC2.2为Klebsiella sp.，GC3.1为Acinetobacter sp.，GC1.3为Enterobacter sp.。菌株GC1.3因综合溶磷性能强、pH和盐度耐受范围广，且与参考菌株相似度较低，被选为全基因组测序对象。
3.7 基因组测序与组装：GC1.3基因组为单条环状染色体，全长4,778,161 bp，GC含量55.38%，编码4375个CDS、85个tRNA和25个rRNA。BUSCO完整度为98.9%，CheckM完整度为99.47%。基于平均核苷酸一致性（average nucleotide identity, ANI）分析，GC1.3被鉴定为Enterobacter hormaechei。比较基因组学显示，GC1.3携带411个磷代谢相关基因，明显高于E. hormaechei DSM 14563的395个和E. hormaechei FDAARGOS 1433的309个；应激耐受基因（67个）和转运与适应基因（260个）数量也均高于参考菌株。
3.8 磷代谢相关功能基因：基因组注释发现gcd（葡萄糖脱氢酶）、pqqC（吡咯喹啉醌生物合成蛋白）、ppk（多聚磷酸盐激酶）、ppx（外切多聚磷酸酶）以及完整的phnC-phnP基因簇，参与有机酸产生、膦酸盐运输利用和多聚磷酸盐代谢，构成系统性的磷获取循环网络。
3.9 KEGG通路重建：在ABC转运蛋白（ko02010）和双组分调控系统（ko02020）通路中，鉴定出与无机磷酸盐和膦酸盐转运相关的基因，以及参与磷酸盐限制、渗透胁迫、氮代谢和碳利用响应的调控基因，表明GC1.3具备感知和响应环境磷水平与胁迫信号的调控网络。
讨论总结指出，菌株GC1.3的优异解磷性能并非源于单一代谢通路，而是多个功能模块在基因组层面的系统整合。gcd-pqq编码的吡咯喹啉醌依赖型葡萄糖脱氢酶系统是驱动有机酸溶磷的核心引擎；phn、pst等基因扩大了磷底物利用范围，ppk/ppx则实现磷的胞内储存与再动员。多种与渗透保护（如甜菜碱合成基因betA/betB、海藻糖合成基因otsA/otsB）、离子稳态（如kdpA/kdpB）和氧化应激相关的基因，保障了该菌在酸-盐胁迫下维持溶磷活性。双组分调控系统（PhoR/PhoB）使其能够响应磷缺乏和逆境胁迫动态调节基因表达。与参考菌株相比，GC1.3在磷代谢、应激耐受和转运适应基因数量上的显著优势，提示其基因组已形成适应胁迫环境的生态策略优化配置。
研究结论表明，菌株GC1.3卓越的磷酸盐溶解能力并非由单基因决定，而是基因组层面多个互补功能模块协同整合的结果。gcd与pqqC的功能耦合构成了葡萄糖酸介导的磷溶解核心生化轴，磷获取系统（phn、pst）、胞内磷储存与再利用系统（ppk/ppx）以及环境适应模块共同支持了其逆境中的功能稳定性。这些发现支持磷溶解属于代谢与调控网络整合产生的涌现特性，而非单一基因功能。因此，E. hormaechei GC1.3作为基因组优化的磷循环生态策略菌株，在开发适应逆境农业土壤的生物肥料方面具有重要的应用潜力，但其田间表现仍需进一步研究验证。
