《Archives of Microbiology》：Integrated genome mining and phytohormone profiling of six plant growth-promoting elite bacterial strains
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本文推荐一项针对六株植物促生细菌（PGPB）的综合基因组与代谢组学研究。研究人员通过基因组生物勘探和靶向代谢组学分析，深入探究了Chromobacterium violaceum、Pantoea agglomerans、Bacillus velezensis、Bacillus altitudinis、Bacillus safensis及一株潜在新种Pseudomonas sp.等菌株的植物促生和生防特性。研究揭示了这些菌株富含参与次级代谢产物（如抗生素、铁载体）合成的生物合成基因簇（BGCs）和碳水化合物活性酶（CAZymes），并证实了其产生多种植物激素（如IAA、IBA、IPA）的能力。该研究为开发兼具促生与生防功能的新一代多功能农业生物制剂提供了重要的理论基础和菌种资源。
土壤微生物是维持土壤肥力的关键角色，它们驱动着养分循环、有机质分解和生态系统平衡等过程。在众多微生物中，植物促生细菌（PGPB）尤为引人注目，它们能与植物建立持续、动态且协同进化的关系，通过促进必需养分和其他有益化合物的获取来支持植物生长。然而，如何从纷繁复杂的微生物资源中精准筛选出兼具多种促生和生防功能的精英菌株，并阐明其作用机制，是当前农业微生物领域面临的重要挑战。
为了回答这一问题，研究人员在《Archives of Microbiology》上发表了最新研究成果，他们对六株具有突出植物促生特性的精英细菌菌株（Chromobacterium violaceum CNPSo 1954, Pantoea agglomerans CNPSo 2602, Bacillus velezensis CNPSo 2657, Bacillus altitudinis CNPSo 2658, Bacillus safensis CNPSo 2725 和 Pseudomonas sp. CNPSo 2799）进行了综合的基因组和代谢组学分析。这项研究旨在深入揭示这些菌株的遗传潜力和代谢特性，评估它们作为多功能农业生物制剂的潜力。
研究人员主要运用了全基因组测序与比较基因组学、生物信息学分析（包括antiSMASH预测BGCs、dbCAN注释CAZymes、CARD评估抗生素抗性等）、靶向代谢组学分析（采用RP-UPLC-PDA技术定量分析植物激素及其前体）以及系统发育学和平均核苷酸一致性（ANI）分析等关键技术方法。其中，细菌菌株来源于巴西等地的不同生境（如水体、水稻、大豆、玉米根际）。
基因组组装与分类
研究成功完成了六株菌的基因组de novo组装，基因组大小从3.79 Mb (B. altitudinis CNPSo 2658) 到 6.68 Mb (Pseudomonas sp. CNPSo 2799) 不等。通过ANI和dDDH分析，前五株菌被准确鉴定到种水平，而Pseudomonas sp. CNPSo 2799与最近似模式菌株的ANI值仅为80.78%，表明其可能是一个新的假单胞菌物种。
次级代谢产物与生防潜力
基因组生物勘探显示，这些菌株含有丰富的生物合成基因簇（BGCs），其中B. velezensis CNPSo 2657的BGCs占比最高，达18.03%。这些BGCs与已知的抗菌物质（如Violacein, Fengycin, Bacillaene）合成相关，预示着强大的生防潜力。同时，平均在每个基因组中鉴定出79个碳水化合物活性酶（CAZymes），以糖苷水解酶（GHs）和糖基转移酶（GTs）为主，这些酶在降解病原真菌细胞壁中发挥重要作用。
植物激素合成能力
靶向代谢组学分析证实了所有菌株均能合成吲哚-3-乙酸（IAA），其中C. violaceum CNPSo 1954产量最高（24.87 μg mL-1）。此外，部分菌株还能合成吲哚-3-丙酮酸（IPA）、吲哚-3-丁酸（IBA）和脱落酸（ABA）等其他植物激素，表明它们可通过调节植物激素水平促进生长。
抗生素抗性及安全性
抗生素抗性基因（ARGs）分析显示，菌株间抗性谱差异显著，P. agglomerans CNPSo 2602对12种抗生素具有抗性，需进行严格的生物安全评估，而其他菌株抗性谱较窄，潜在风险较低。
研究结论与意义
本研究通过对六株PGPB精英菌株的多组学分析，全面揭示了其丰富的植物促生和生防遗传基础。这些菌株不仅具备合成多种植物激素（如IAA、IBA）、铁载体和磷酸盐溶磷能力，还拥有丰富的抗生素及真菌细胞壁降解酶（CAZymes）合成基因簇，展现出强大的生物防治潜力。特别是Pseudomonas sp. CNPSo 2799和B. velezensis CNPSo 2657，其基因组中大量的BGCs预示着产生新型活性化合物的可能。研究结果强有力地支持了这些菌株作为开发环境友好型多功能生物肥料和生物农药候选菌株的巨大潜力。这项工作为减少农业生产对化学投入品的依赖、推动可持续农业发展提供了重要的理论依据和宝贵的微生物资源，对未来智能生物制剂的设计与应用具有重要的指导意义。
