Studie o toleranci solí a zásad u endofytické bakterie z Cistanche Deserticola (Pseudalkalibacillus Sp. A8)
Dec 05, 2025
Abstraktní
Objektivní:K izolaci endofytických bakterií zCistanche deserticolaa zkoumat potenciální mechanismy, které jsou základem tolerance soli vůči zásadámPseudalkalibacillussp. A8.
Metody:Endofytické bakterie byly izolovány metodou dilučního nanášení. Klasifikace kmene A8 byla určena morfologickými znaky a sekvenováním genu 16S rRNA. Poté bylo provedeno sekvenování celého genomu a metabolomické analýzy.
Výsledky:Z čerstvého bylo izolováno 50 endofytických bakteriálních kmenůCistanche deserticolavzorky, pokrývající 4 kmeny, 8 tříd a 35 rodů. Mezi nimi je kmen A8 prvníPseudalkalibacillusdruhy izolované z rostlin, vykazující výjimečnou toleranci vůči solím a zásadám. Byl schopen růstu v rozmezích pH od 6,0 do 13,0 a koncentracích NaCl až 17 %. Anotace genomu odhalila 10 genů spojených s odolností vůči solím a zásadám. Metabolomická analýza za podmínek vysoké salinity a vysokého pH identifikovala 186 rozdílných metabolitů obohacených o sedm funkčních drah souvisejících s adaptací na solný alkalický stres.
Závěr:Tato studie poskytuje cenné mikrobiální zdroje pro zvýšení odolnosti plodin vůči soli a zásadám a nabízí teoretickou podporu pro zlepšení slané a zásadité půdy mikrobiálními prostředky. Pokládá také základy pro pochopení molekulárních mechanismů bakterií tolerantních vůči solím.
klíčová slova: Cistanche deserticola; endofytické bakterie; tolerance soli a zásad; sekvenování celého genomu; UPLC–MS/MS
Květina Cistanche deserticol
Zavedení
Zasolování půdy a alkalizace jsou hlavní globální výzvy, které významně přispívají k degradaci půdy a dezertifikaci. Odhaduje se, že přibližně 20 % světové orné půdy je v různé míře postiženo slaností a samotná Čína vlastní 9,9 × 10⁷ hektarů solno-alkalické půdy – největší na světě. Takové půdy typicky vykazují špatnou propustnost, nízkou úrodnost a tvrdou texturu, což vážně zhoršuje růst plodin a výnos. Proto vývoj účinných strategií pro využití a zlepšení slano-alkalických půd zůstává kritickým problémem.
Nedávné studie naznačují, že mikrobiální inokulanty, zejména kmeny odolné vůči solím alkáliím, mohou zlepšit toleranci plodin a zlepšit vlastnosti půdy nákladově efektivním a ekologickým způsobem. Endofytické bakterie – ty, které sídlí v rostlinných tkáních, aniž by způsobovaly choroby – sdílejí ekologické a fyziologické rysy se svými hostitelskými rostlinami.Cistanche deserticola, pouštní parazitická rostlina známá pro svou extrémní odolnost vůči solím a zásadám, je slibným zdrojem pro izolaci endofytů odolných vůči stresu.
Tato studie si klade za cíl:
Izolujte endofytické bakterie zCistanche deserticola;
Screening kmenů odolných vůči solím alkáliím;
Prozkoumejte mechanismy odolnosti vůči napětí vybraného přetvořeníPseudalkalibacillussp. A8 prostřednictvím celogenomových a metabolomických analýz.
Květina Cistanche deserticol
Materiály a metody
1.1 Materiály
Vzorek rostlin: Cistanche deserticolashromážděné v březnu 2023 z města Xiquan, Jingtaixian, Baiyin, provincie Gansu, Čína. Identifikoval Prof. Guo Yehong, Gansu Agricultural University.
Média:TSB kapalné médium; ztuhlý pomocí 20 g/l agaru.
Činidla a nástroje:NaClO, KH2P04, K2HPO4, TAE pufr analytické kvality; Hmotnostní spektrometr Agilent QTOF 1290–6542, rotační odparka R-1001V, centrifuga Neofuge 15R, gradientová PCR SureCycler 8800.
1.2 Izolace endofytických bakterií
ČerstvýCistanchetkáň byla povrchově sterilizována a homogenizována. Sériová ředění byla nanesena na média R2A, TSB, ISP-2 a 2216E. Kolonie byly izolovány a purifikovány prostřednictvím tří subkultur, poté skladovány ve 20% glycerolu při -80 stupních.
1.3 16Identifikace genu S rRNA
Genomová DNA byla extrahována a amplifikována pomocí univerzálních primerů 27F/1492R. Produkty PCR byly sekvenovány a analyzovány pomocí databáze EzBioCloud.
Základna Cistanche
Supporting Service Of Wecistanche-Pro více podrobností o spolupráci
E-mail:wallence.suen@wecistanche.com
1.4 Fenotypová a fyziologická charakterizace
SEM:Buněčná morfologie pozorovaná po potažení zlatem.
Tolerance NaCl:Růst hodnocený při 0–20 % NaCl.
Tolerance pH:Růst měřen při pH 4–13.
Rozsah teplot:Růst testován při 4–50 stupních.
1.5 Sekvenování celého genomu
Kmen A8 byl sekvenován pomocí technologie PacBio. Sestavení a anotace genomu byly provedeny proti šesti hlavním databázím (NR, Swiss-Prot, Pfam, EggNOG, GO, KEGG). Byly testovány geny související s tolerancí soli-alkálie.
1.6 Analýza UPLC-MS/MS
Vzorky byly kultivovány za tří podmínek:
A: pH 7,2, NaCl 0,5 %
B: pH 7,2, NaCl 14 %
C: pH 13,0, NaCl 0,5 %
Supernatanty byly vysušeny, rozpuštěny v methanolu a analyzovány pomocí UPLC-MS/MS (ZORBAX Eclipse Plus C18, pozitivní iontový mód).
Výsledky a analýza
2.1 Izolace endofytů
Bylo izolováno padesát kmenůCistanche deserticola, patřící do 4 kmenů a 35 rodů.
2.2 Identifikace kmene A8
16S rRNA sekvence vykazovala 99,30% podobnost sPseudalkalibacillus salsuginis. Fylogenetická analýza potvrdila, že je členemPseudalkalibacillus. Morfologicky byly kolonie hladké, žlutohnědé, tyčinkovitého tvaru (1–6 µm) s mírným chmýřím pod SEM.
Rozsah růstu:20–45 stupňů (optimální: 30 stupňů)
Rozsah pH:6–13 (optimální: 9,0)
Rozsah soli:0–17 % NaCl (optimálně: 0–5 %)
2.3 Analýza genomu
Délka genomu: 6,022,064 bp
Obsah GC: 40.99%
Geny kódující proteiny: 5,825 (82.5%)
tRNA/rRNA:76 tRNA, 24 rRNA
Hodnoty ANI:Vše<95%, indicating a potential novel species.
Anotace COG:4 683 genů (80,39 %)
Transport/metabolismus aminokyselin (556), metabolismus sacharidů (501), transkripce (464), metabolismus lipidů (440), metabolismus koenzymů (298), obranné mechanismy (100)
Identifikované geny tolerance soli a alkálií:
Přenašeč glycinu/betainu
Symportér sodíku
Antiportéři
F0F1 ATP syntáza
2.4 Metabolomická analýza
Identifikace metabolitů:Celkem bylo zjištěno 986 metabolitů
Analýza OPLS-DA:Jasné oddělení mezi skupinami; R²X > 0,5, R²Y=1, Q² > 0,85,P< 0,005
Diferenciální metabolity:
186 celkem:
Skupina B: 96 (13 upregulovaných, 83 downregulovaných)
Skupina C: 132 (41 upregulovaných, 91 downregulovaných)
49 upregulovány v obou B & C
196 jedinečně exprimovaných metabolitů v B & C
246 celkových upregulovaných nebo jedinečných metabolitů
Obohacení cesty (KEGG):
Biosyntéza seskviterpenoidů a triterpenoidů
Metabolismus purinů
Biosyntéza a degradace lysinu
Biosyntéza pantothenátu a CoA
Metabolismus argininu a prolinu
Biosyntéza steroidů
Tyto výsledky naznačují, že kmen A8 se adaptuje na sůl-alkalický stres prostřednictvím genetické i metabolické regulace.
Závěr
Tato studie úspěšně izolovala a identifikovalaPseudalkalibacillussp. A8 odCistanche deserticola, potenciální nový druh vykazující silnou odolnost vůči solím a zásadám. Prostřednictvím celogenomových a metabolomických analýz bylo identifikováno více genů a metabolických drah jako přispěvatelů k jeho adaptaci na stres. Tato zjištění poskytují teoretický základ pro vývoj mikrobiálních činidel ke zlepšení tolerance plodin a regeneraci solných a alkalických půd.
Reference
Wang Y., Wang Y., Zhang Q. a kol.Slano-alkalické vlastnosti půdy vylepšené synergickými účinkyPriestia aryabhattaiJL-5,Staphylococcus pseudoxylosusXW-4,Leymus chinensisa půdní mikrobiota. International Journal of Molecular Sciences, 2023, 24(9): 7737.
Chen Wentao, Guo Lizhuo, Shan Bin a kol.Účinky změn půdy na růst ovsa a fyzikální vlastnosti půdy ve slano-alkalické půdě. Journal of Gansu Agricultural University, 2024, 59(5): 136–144. (v čínštině)
Lu Yuxin, Yan Hong, Bai Yani a kol.Mechanismus izolace a soli-alkalické toleranceRhizobiumKmen BFL-3. Journal of Agricultural Biotechnology, 2023, 31(7): 1501–1512. (v čínštině)
Yu Jiang, Wang Xinzhen, Wang Chun a kol.Aplikace soli odolné vůči alkáliímCitrobacterNapětí v podpoře růstu rostlin a těžbě jejich genů tolerance soli a alkálií. Mikrobiologie Čína, 2024, 51(3): 864–879. (v čínštině)
Wani ZA, Ashraf N., Mohiuddin T. a kol.Symbióza rostlina-endofyt: Ekologická perspektiva. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie, 2015, 99(7): 2955–2965.
Venieraki A., Dimou M., Katinakis P.Endofytické houby sídlící v léčivých rostlinách mají schopnost produkovat stejné nebo podobné farmakologicky aktivní sekundární metabolity jako jejich hostitelé. Hellenic Plant Protection Journal, 2017, 10: 51–66.
Komise pro čínský lékopis.Lékopis Čínské lidové republiky, svazek I. Peking: China Medical Science Press, 2020: 79–80.(v čínštině)
Fu Kejian, Cui Yonghe, Huang Zhihua a kol.Screening, identifikace a antagonistický mechanismus biokontrolních bakterií proti patogenu černé stopky tabáku. Journal of Southern Agriculture, 2023, 54(8): 2245–2256. (v čínštině)
Hu Chunhui, Xu Qing, Sun Xuan a kol.Způsoby přípravy několika typických biologických vzorků pro rastrovací elektronovou mikroskopii. Hubei zemědělské vědy, 2016, 55(20): 5389–5392+5402. (v čínštině)
