《Frontiers in Microbiology》：Whole genome analysis of Bacillus velezensis YNK-FB0059 and its multifunctional plant growth-promoting and biocontrol potential
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本研究对贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）YNK-FB0059进行了从基因组到表型的系统研究。通过全基因组测序结合体外多功能验证，揭示了该菌株作为多功能农业微生物的巨大潜力。基因组分析显示其染色体大小为4.02 Mb，含有14个次级代谢产物生物合成基因簇（BGCs），编码表面活性素（surfactin）、丰原素（fengycin）等多种抗菌物质。体外实验证实其对8种植物病原真菌具有广谱抑菌活性（抑菌率77.8–88.6%），并能高效解磷、解钾、固氮、产铁载体和IAA（42.55 μg·mL?1）。该菌株还表现出强大的生物膜形成能力（148 mg），能显著促进种子萌发和幼苗生长。研究为开发高效生物农药和生物肥料提供了优良菌种资源和理论依据。
1 引言
全球人口持续增长对粮食安全构成严峻挑战，而现代农业过度依赖化肥农药的生产模式已引发土壤退化、环境污染等一系列问题。开发利用植物根际促生菌（PGPR）作为有效的生物策略，在促进植物生长、防治土传病害等方面显示出巨大潜力。贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）因其能形成抗逆芽孢，且能产生丰富的抗菌次级代谢物，已成为农业微生物学研究的热点。然而，其功能具有显著的菌株特异性，因此需结合基因组学与表型实验进行全面评估。本研究针对从健康作物根际分离的贝莱斯芽孢杆菌YNK-FB0059，通过全基因组测序和多维度功能验证，系统阐明其遗传基础与功能特性。
2 材料与方法
2.1 培养基与菌株
实验所用培养基均购自商业化公司以确保可重复性。贝莱斯芽孢杆菌YNK-FB0059分离自云南无量山国家级自然保护区土壤样本，通过16S rRNA及看家基因gyrA、rpoB序列分析进行分子鉴定。供试病原菌包括8种重要植物病原真菌和卵菌。
2.2 基因组测序与分析
采用全基因组鸟枪法策略，结合Illumina NovaSeq和PacBio Sequel平台进行测序。使用多种软件进行组装与抛光，获得完整基因组。通过一系列生物信息学工具进行基因预测、功能注释（NR、COG、KEGG、GO、CAZy等数据库）以及次级代谢物生物合成基因簇（BGCs）预测。
2.3 体外功能验证实验
通过平板对峙法测定抑菌活性，计算抑菌率。研究菌株发酵液对病原菌孢子萌发和菌丝形态的影响。采用选择性培养基定性评估解磷、解钾、固氮、硫氧化及铁载体产生能力。使用Salkowski比色法测定吲哚-3-乙酸（IAA）分泌量。通过MSgg培养基静态培养评估生物膜形成能力。进行种子发芽试验和番茄盆栽试验，验证其促生效果。
3 结果
3.1 菌株鉴定与基因组特征
菌株YNK-FB0059为革兰氏阳性芽孢杆菌。基于31个看家基因的系统发育树及ANI/dDDH分析将其鉴定为贝莱斯芽孢杆菌。全基因组测序显示其染色体大小为4.02 Mb，GC含量46.39%，编码3,848个基因，含86个tRNA基因和27个rRNA基因。基因组已提交GenBank（登录号：CP140613.1）。
3.2 功能注释与次级代谢潜力
功能注释显示，大量基因富集于氨基酸转运代谢、转录、碳水化合物转运代谢等通路。CAZy注释发现129个碳水化合物活性酶相关基因。通过antiSMASH、BAGEL、PRISM等工具预测到15个BGCs，包括4个非核糖体肽合成酶（NRPS）簇、4个trans-AT PKS簇等，编码表面活性素、丰原素、杆菌霉素、大乳霉素、杆孢菌素、默沙霉素等多种已知抗菌物质。此外，基因组还含有完整的植物免疫激活相关基因（如鞭毛蛋白、趋化蛋白）和多种促生途径（如氮硫代谢、色氨酸合成）基因。
3.3 体外多功能验证
3.3.1 抗菌活性
平板对峙实验表明，YNK-FB0059对8种供试病原菌均具有显著抑菌作用，抑菌率在77.8%至88.6%之间，其中对草果叶斑病原菌（Phoma matteuciicola）的抑制率最高（88.6%）。其发酵液能显著抑制病原菌孢子萌发（24小时抑制率达68.35%），并导致病原菌菌丝畸形、断裂。
3.3.2 植物促生特性
该菌株表现出高效的有机磷 solubilization、钾溶解释放、固氮、铁载体产生能力。IAA分泌量在48小时达到42.55 μg·mL?1。生物膜形成量达148 mg（干重），表明其具有较强的根际定殖潜力。
3.3.3 促生效果验证
种子发芽试验表明，YNK-FB0059能显著提高油菜、番茄和黑麦种子的发芽率和整株长度。盆栽试验进一步证实，施用菌株发酵液及其稀释液能显著促进番茄幼苗的株高、茎粗、根长以及地上部鲜重和干重。
4 讨论
本研究证实贝莱斯芽孢杆菌YNK-FB0059是一种集高效生防、多重促生和强根际定殖能力于一体的多功能PGPR菌株。与模式菌株FZB42相比，YNK-FB0059显示出更广的抗菌谱和更强的抑菌活性。其丰富的BGCs为产生多种抗菌物质提供了遗传基础，而完整的营养代谢和植物互作基因系统则解释了其促生和免疫激活能力。强大的生物膜形成能力和较高的IAA产量进一步凸显了其应用潜力。在可持续农业背景下，开发利用此类具有多重功能的本土菌株，对于减少化学品投入、维护土壤健康具有重要意义。
5 结论
贝莱斯芽孢杆菌YNK-FB0059是一种具有优良生防和促生潜力的多功能根际益生菌株。基因组和表型分析揭示了其通过产生抗菌物质、促进养分转化、分泌生长激素和形成生物膜等多重机制协同作用。该菌株在开发高效微生物菌剂方面具有广阔的应用前景。未来研究可集中于复合菌剂开发、发酵工艺优化、大田试验验证以及活性代谢产物的深入挖掘。
