Studija o toleranciji na sol i alkalije endofitske bakterije iz Cistanche Deserticola (Pseudalkalibacillus Sp. A8)
Dec 05, 2025
Abstract
Cilj:Za izolaciju endofitnih bakterija izCistanche deserticolai istražiti potencijalne mehanizme koji leže u osnovi tolerancije soli i alkalijaPseudalkalibacillussp. A8.
Metode:Endofitne bakterije izolovane su metodom razblaživanja. Klasifikacija soja A8 određena je morfološkim osobinama i sekvenciranjem gena 16S rRNA. Zatim je provedeno sekvenciranje cijelog genoma i metabolomske analize.
Rezultati:Iz svježih je izolirano 50 endofitnih bakterijskih sojevaCistanche deserticolauzorci, koji pokrivaju 4 tipa, 8 klasa i 35 rodova. Among them, strain A8 is the firstPseudalkalibacillusvrste izolovane iz biljaka, koje pokazuju izuzetnu toleranciju soli i alkalija. Bio je sposoban rasti u pH rasponima od 6,0 do 13,0 i koncentraciji NaCl do 17%. Anotacija genoma otkrila je 10 gena povezanih s otpornošću na sol i alkalije. Metabolomic analysis under high-salinity and high-pH conditions identified 186 differential metabolites enriched in seven functional pathways related to salt-alkali stress adaptation.
zaključak:This study provides valuable microbial resources for enhancing crop salt-alkali tolerance and offers theoretical support for saline-alkali soil improvement through microbial means. To također postavlja temelje za razumijevanje molekularnih mehanizama bakterija tolerantnih na sol i alkalije.
Ključne riječi: Cistanche deserticola; endofitne bakterije; tolerancija soli i alkalija; sekvenciranje cijelog genoma; UPLC–MS/MS
Cistanche deserticol cvijet
Uvod
Zaslanjivanje i alkalizacija tla su glavni globalni izazovi, koji značajno doprinose degradaciji zemljišta i dezertifikaciji. Procjenjuje se da je otprilike 20% svjetske obradive zemlje u različitom stepenu pogođeno salinitetom, a samo Kina posjeduje 9,9×10⁷ hektara zaslanjenog-alkalnog zemljišta - najvećeg na svijetu. Takva tla obično pokazuju lošu propusnost, nisku plodnost i tvrdu teksturu, što ozbiljno narušava rast i prinos usjeva. Stoga, razvoj učinkovitih strategija za korištenje i poboljšanje slano-alkalnih tla ostaje kritično pitanje.
Nedavne studije sugeriraju da mikrobni inokulanti, posebno sojevi otporni na sol i alkalije, mogu poboljšati toleranciju usjeva i poboljšati svojstva tla na isplativ i ekološki prihvatljiv način. Endofitne bakterije - one koje žive u biljnim tkivima bez izazivanja bolesti - dijele ekološke i fiziološke osobine sa svojim biljkama domaćinima.Cistanche deserticola, parazitska biljka koja živi u pustinji, poznata po svojoj ekstremnoj otpornosti na sol i alkalije, obećavajući je izvor za izolaciju endofita otpornih na stres.
Ova studija ima za cilj:
Izolirajte endofitne bakterije izCistanche deserticola;
Probir za sojeve otporne na sol i alkalije;
Istražite mehanizme otpornosti na stres odabranog sojaPseudalkalibacillussp. A8 kroz analizu cijelog genoma i metabolomske analize.
Cistanche deserticol cvijet
Materijali i metode
1.1 Materijali
Uzorak biljke: Cistanche deserticolaprikupljeno u martu 2023. iz grada Xiquan, Jingtaixian, Baiyin, provincija Gansu, Kina. Identifikovao prof. Guo Yehong, Gansu poljoprivredni univerzitet.
Mediji:TSB tekući medij; očvrsnuo pomoću 20 g/L agara.
Reagensi i instrumenti:NaClO, KH₂PO₄, K₂HPO₄, TAE pufer; Agilent QTOF 1290–6542 maseni spektrometar, R-1001V rotacioni isparivač, Neofuge 15R centrifuga, SureCycler 8800 gradijent PCR.
1.2 Izolacija endofitnih bakterija
SvežeCistanchetkivo je površinski sterilisano i homogenizovano. Serijska razrjeđenja su postavljena na R2A, TSB, ISP-2 i 2216E medije. Kolonije su izolovane i pročišćene kroz tri subkulture, zatim pohranjene u 20% glicerola na -80 stepeni.
1.3 16S rRNA genska identifikacija
Genomska DNK je ekstrahirana i amplificirana korištenjem univerzalnih prajmera 27F/1492R. PCR proizvodi su sekvencionirani i analizirani korištenjem EzBioCloud baze podataka.
Cistanche base
Služba podrške Wecistanche-Za više detalja o saradnji
Email:wallence.suen@wecistanche.com
1.4 Fenotipska i fiziološka karakterizacija
SEM:Morfologija ćelija uočena nakon nanošenja zlata.
Tolerancija NaCl:Rast procijenjen na 0–20% NaCl.
pH tolerancija:Rast izmjeren na pH 4–13.
Raspon temperature:Testiran rast na 4-50 stepeni.
1.5 Sekvenciranje cijelog genoma
Soj A8 je sekvencioniran korištenjem PacBio tehnologije. Sklapanje genoma i anotacija obavljeni su prema šest glavnih baza podataka (NR, Swiss-Prot, Pfam, EggNOG, GO, KEGG). Skrinirani su geni koji se odnose na toleranciju soli i alkalija.
1.6 UPLC-MS/MS analiza
Uzorci su kultivisani pod tri uslova:
A: pH 7,2, NaCl 0,5%
B: pH 7,2, NaCl 14%
C: pH 13,0, NaCl 0,5%
Supernatanti su osušeni, rastvoreni u metanolu i analizirani korišćenjem UPLC-MS/MS (ZORBAX Eclipse Plus C18, mod pozitivnih jona).
Rezultati i analiza
2.1 Izolacija endofita
Izolovano je 50 sojevaCistanche deserticola, koji pripada 4 fila i 35 rodova.
2.2 Identifikacija soja A8
16S rRNA sekvenca je pokazala 99,30% sličnosti saPseudalkalibacillus salsuginis. Filogenetska analiza je potvrdila da je članPseudalkalibacillus. Morfološki, kolonije su bile glatke, žuto-smeđe, šipkastog oblika (1–6 µm) sa blagim dlakama ispod SEM.
Raspon rasta:20-45 stepeni (optimalno: 30 stepeni)
pH opseg:6–13 (optimalno: 9,0)
Raspon soli:0–17% NaCl (optimalno: 0–5%)
2.3 Analiza genoma
Dužina genoma: 6,022,064 bp
GC sadržaj: 40.99%
Geni koji kodiraju proteine: 5,825 (82.5%)
tRNA/rRNA:76 tRNA, 24 rRNK
ANI vrijednosti:Sve<95%, indicating a potential novel species.
COG napomena:4.683 gena (80,39%)
Transport/metabolizam aminokiselina (556), metabolizam ugljikohidrata (501), transkripcija (464), metabolizam lipida (440), metabolizam koenzima (298), odbrambeni mehanizmi (100)
Identifikovani geni otpornosti na sol i alkalije:
Glicin/betain transporter
Sodium symporter
Antiporters
F0F1 ATP sintaza
2.4 Metabolomska analiza
Identifikacija metabolita:Ukupno je otkriveno 986 metabolita
OPLS-DA analiza:Jasno razdvajanje između grupa; R²X > 0,5, R²Y=1, Q² > 0,85,P< 0,005
Diferencijalni metaboliti:
186 ukupno:
Grupa B: 96 (13 naviše, 83 na niže)
Grupa C: 132 (41 naviše, 91 na niže)
49 poboljšano regulisano u B & C
196 jedinstveno izraženih metabolita u B & C
246 ukupno reguliranih ili jedinstvenih metabolita
Obogaćivanje puta (KEGG):
Biosinteza seskviterpenoida i triterpenoida
Metabolizam purina
Biosinteza i razgradnja lizina
Biosinteza pantotenata i CoA
Metabolizam arginina i prolina
Biosinteza steroida
Ovi rezultati sugeriraju da se soj A8 prilagođava stresu od soli i alkalija putem genetske i metaboličke regulacije.
Zaključak
Ova studija je uspješno izolirana i identificiranaPseudalkalibacillussp. A8 izCistanche deserticola, potencijalna nova vrsta koja pokazuje jaku otpornost na sol i alkalije. Kroz analizu cijelog genoma i metabolomske analize, višestruki geni i metabolički putevi su identificirani kao doprinosi njegovoj adaptaciji na stres. Ovi nalazi pružaju teorijsku osnovu za razvoj mikrobnih agenasa za poboljšanje tolerancije usjeva i obnavljanje slano-alkalnog tla.
Reference
Wang Y., Wang Y., Zhang Q., et al.Svojstva slano-alkalnog tla poboljšana sinergističkim efektimaPriestia aryabhattaiJL-5,Staphylococcus pseudoxylosusXW-4,Leymus chinensisi mikrobiota tla. Međunarodni časopis za molekularne nauke, 2023, 24(9): 7737.
Chen Wentao, Guo Lizhuo, Shan Bin, et al.Efekti izmjena tla na rast zobi i fizička svojstva tla u slano-alkalnom zemljištu. Časopis poljoprivrednog univerziteta Gansu, 2024, 59(5): 136–144. (na kineskom)
Lu Yuxin, Yan Hong, Bai Yani, et al.Izolacija i mehanizam tolerancije soli i alkalijaRhizobiumProcijediti BFL-3. Časopis za poljoprivrednu biotehnologiju, 2023, 31(7): 1501–1512. (na kineskom)
Yu Jiang, Wang Xinzhen, Wang Chun, et al.Primjena sredstva otpornog na solCitrobacterNaprezanje u promicanju rasta biljaka i iskopavanja njegovih gena otpornosti na sol i alkalije. Microbiology China, 2024, 51(3): 864–879. (na kineskom)
Wani ZA, Ashraf N., Mohiuddin T., et al.Simbioza biljaka i endofita: ekološka perspektiva. Primijenjena mikrobiologija i biotehnologija, 2015, 99(7): 2955–2965.
Venieraki A., Dimou M., Katinakis P.Endofitske gljive koje žive u lekovitim biljkama imaju sposobnost da proizvode iste ili slične farmakološki aktivne sekundarne metabolite kao i njihovi domaćini. Hellenic Plant Protection Journal, 2017, 10: 51–66.
Kineska farmakopejska komisija.Farmakopeja Narodne Republike Kine, tom I. Peking: China Medical Science Press, 2020: 79–80.(na kineskom)
Fu Kejian, Cui Yonghe, Huang Zhihua, et al.Skrining, identifikacija i antagonistički mehanizam biokontrole bakterija protiv patogena crne koljenice duhana. Journal of Southern Agriculture, 2023, 54(8): 2245–2256. (na kineskom)
Hu Chunhui, Xu Qing, Sun Xuan, et al.Metode pripreme nekoliko tipičnih bioloških uzoraka za skenirajuću elektronsku mikroskopiju. Hubei Agricultural Sciences, 2016, 55(20): 5389–5392+5402. (na kineskom)
