从沙漠植物根际土壤中分离出的三种促进小麦生长的Pantoea菌株的基因组序列草图

从内蒙古西部荒漠植物根际土壤中分离出3株Pantoea菌并完成基因组测序，平均基因组大小4285493 bp，GC含量53.4%，实验表明这些菌株可显著提高小麦种子发芽率和株重。

　　

摘要

我们报告了从中国内蒙古西部沙漠植物根际土壤中分离出的三种促进小麦生长的Pantoea属菌株的基因组序列草图。这些基因组是使用Illumina NovaSeq 6000测序仪测得的，平均基因组大小为4,285,493 bp，GC含量为53.4%。

公告

Pantoea属菌株被认为是具有潜在植物生长促进作用的根际细菌（1）。为了更好地了解它们促进植物生长的能力，我们从沙漠植物中分离并测序了三种Pantoea菌株。2015年10月，在中国内蒙古巴彦淖尔（40°14’28”N, 107°05’43”E）采集了根际土壤样本（指摇除大量土壤后仍附着在根部的土壤）。将1克根际土壤依次稀释在9 mL无菌盐水中，涂布在1/2 Reasoner’s 2A琼脂平板上，并在28°C下培养72小时。通过连续划线法挑选出单个菌落并进行纯化。菌株FN0302和FN0307来自Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu的根际土壤，菌株FN0305来自Ammopiptanthus mongolicus（Maxim. ex Kom.）的根际土壤。所有三种菌株在盆栽实验中均促进了小麦幼苗的生长。每种菌株在1/2 Reasoner’s 2A培养基中于28°C下培养72小时并摇匀，然后离心，再悬浮在0.1%（重量/体积）无菌CMC-Na溶液中至OD???为1.0用于种子浸泡（2）。处理后的种子播种在含有0.4% NaCl的土壤中，每个盆栽5粒种子，每个处理重复5次。30天后对幼苗进行表型测量。在这些条件下，所有三种菌株都提高了幼苗的出苗率和地上部干重（图1）。

图1

图1 三种Pantoea菌株对小麦幼苗生长的影响。（A）接种FN0302、FN0305和FN0307菌株的小麦植物的幼苗出苗数量；（B）地上部干重。条形图代表平均值，误差条表示标准偏差，点代表单个重复实验结果。条形图上方的不同字母表示处理组之间存在显著差异（P < 0.05）。

将单个菌落接种到1/2 Reasoner’s 2A培养基中，并在28°C下摇匀培养约24小时直至达到稳定期，然后以5,000 × g的离心力在4°C下离心10分钟。使用SDS方法提取基因组DNA（3），并根据制造商的说明使用NEBNext UltraDNA Library Prep Kit（NEB，美国）将其处理成测序文库。整个基因组在中国北京Novogene Bioinformatics Technology公司使用Illumina NovaSeq 6000平台进行测序，生成150 bp的双端（PE150）读段。原始读段使用readfq软件版本10进行处理，参数设置如下：“–rq1 input_1.fq, –rq2 input_2.fq, –oq1 out_1.fq, –oq2 out_2.fq, –adp1 adapter_1.lst, –adp2 adapter_2.lst, –Q QUAL,PERCENT, –C QUAL,PERCENT, –N PERCENT, –alen INT, –amis INT, –dup, –gz, –check1 read1.check, 和 –check2 read2.check”。使用SOAPdenovo（4, 5）版本2.04、ABySS（6）版本1.3.6和SPAdes（7）版本3.10.0对数据进行组装。使用CISA（8）版本1.3整合组装结果，选择支架数量最少的组装结果。使用GapCloser（9）版本1.12填补组装间隙，移除长度小于500 bp的片段。

基因组组装结果存储在NCBI GenBank中，并使用NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline（10）进行注释以供公众查阅。对于下面描述的下游比较和功能分析，使用Bakta（11）版本1.11.0重新注释了这些基因组。基因组大小范围为4,204,445至4,345,745 bp，GC含量在53.34%至53.48%之间。使用CheckM（12）版本1.2.3评估了污染率和完整性。使用FastANI（13）版本1.32进行的平均核苷酸同一性（ANI）分析表明，所有三种菌株与Pantoea alhagi LTYR-11Z（GenBank登录号CP019706）密切相关。测序和注释的详细信息见表1。

表1

表1 三种Pantoea菌株的分离详情和基因组组装统计信息

	FN0302	FN0305	FN0307
宿主植物	Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu	Ammopiptanthus mongolicus（Maxim. ex Kom.）Cheng f.	Caragana intermedia Kuang et H. C. Fu
生物样本	SAMN48141140	SAMN48141141	SAMN48141142
全基因组测序（WGS）登录号	JBNJSM000000000	JBNJSN000000000	JBNJSO000000000
SRA登录号	SRR33873240	SRR33873239	SRR33873238
DNA基因组大小（bp）	4,204,445	4,345,745	4,306,289
Illumina读段数量（读段对）	4,068,272	1,642,470	2,000,000
覆盖度	290.28	113.38	139.33
组装N50值（bp）	2,260,127	439,991	625,342
组装N90值（bp）	128,349	131,528	209,838
GC含量（%）	53.5	53.3	53.4
contigs数量	14	26	11
rRNA基因数量	7	11	6
tmRNA基因数量	1	1	1
tRNA基因数量	75	78	74
编码DNA序列（CDS）数量	3,840	3,947	3,976
污染率（%）	0.26	0.26	0.46
完整性（%）	99.79	99.79	97.82
根据NCBI全基因组序列最接近的基因组（% ANI）	Pantoea alhagi LTYR-11Z（96.24）	Pantoea alhagi LTYR-11Z（96.34）	Pantoea alhagi LTYR-11Z（96.26）

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号31960021和67 U23A2054）的财政支持。