Kajian Mengenai Toleransi Garam Dan Alkali Bakteria Endofit Daripada Cistanche Deserticola (Pseudalkalibacillus Sp. A8)
Dec 05, 2025
Abstrak
Objektif:Untuk mengasingkan bakteria endofit daripadaCistanche deserticoladan menyiasat potensi mekanisme yang mendasari toleransi garam-alkali bagiPseudalkalibacillussp. A8.
Kaedah:Bakteria endofit telah diasingkan menggunakan kaedah penyaduran pencairan. Klasifikasi strain A8 ditentukan oleh ciri morfologi dan penjujukan gen rRNA 16S. Penjujukan genom keseluruhan dan analisis metabolomik kemudiannya dijalankan.
Keputusan:Lima puluh strain bakteria endofit telah diasingkan daripada segarCistanche deserticolasampel, meliputi 4 filum, 8 kelas, dan 35 genera. Antaranya, strain A8 adalah yang pertamaPseudalkalibacillusspesies yang diasingkan daripada tumbuhan, menunjukkan toleransi garam-alkali yang luar biasa. Ia mampu berkembang dalam julat pH dari 6.0 hingga 13.0 dan kepekatan NaCl sehingga 17%. Anotasi genom mendedahkan 10 gen yang dikaitkan dengan rintangan garam-alkali. Analisis metabolik dalam keadaan kemasinan tinggi dan pH tinggi mengenal pasti 186 metabolit berbeza yang diperkaya dalam tujuh laluan berfungsi yang berkaitan dengan penyesuaian tekanan garam-alkali.
Kesimpulan:Kajian ini menyediakan sumber mikrob yang berharga untuk meningkatkan toleransi garam-alkali tanaman dan menawarkan sokongan teori untuk pembaikan tanah salin-alkali melalui cara mikrob. Ia juga meletakkan asas untuk memahami mekanisme molekul bakteria tahan garam-alkali.
Kata kunci: Cistanche deserticola; bakteria endofit; toleransi garam-alkali; penjujukan genom keseluruhan; UPLC–MS/MS
Bunga deserticol cistanche
pengenalan
Pemasinan tanah dan pengalkalian merupakan cabaran global utama, menyumbang dengan ketara kepada degradasi tanah dan penggurunan. Dianggarkan bahawa kira-kira 20% daripada tanah pertanian di dunia dipengaruhi oleh kemasinan pada tahap yang berbeza-beza, dan China sahaja memiliki 9.9×10⁷ hektar tanah beralkali masin-yang terbesar di dunia. Tanah sedemikian biasanya menunjukkan kebolehtelapan yang lemah, kesuburan yang rendah, dan tekstur yang keras, sangat menjejaskan pertumbuhan dan hasil tanaman. Oleh itu, membangunkan strategi yang berkesan untuk menggunakan dan menambah baik tanah salin-alkali kekal sebagai isu kritikal.
Kajian terkini mencadangkan bahawa inokulan mikrob, terutamanya strain tahan garam-alkali, boleh meningkatkan toleransi tanaman dan memperbaiki sifat tanah dengan cara yang kos efektif dan mesra alam. Bakteria endofit-mereka yang tinggal di dalam tisu tumbuhan tanpa menyebabkan penyakit berkongsi ciri ekologi dan fisiologi dengan tumbuhan perumahnya.Cistanche deserticola, tumbuhan parasit yang tinggal di padang pasir yang terkenal dengan rintangan garam-alkali yang melampau, merupakan sumber yang menjanjikan untuk mengasingkan endofit tahan tekanan.
Kajian ini bertujuan untuk:
Asingkan bakteria endofit daripadaCistanche deserticola;
Skrin untuk strain tahan garam-alkali;
Terokai mekanisme rintangan tegasan bagi terikan yang dipilihPseudalkalibacillussp. A8 melalui analisis genom dan metabolomik keseluruhan.
Bunga deserticol cistanche
Bahan dan Kaedah
1.1 Bahan
Sampel tumbuhan: Cistanche deserticoladikumpulkan pada Mac 2023 dari Pekan Xiquan, Jingtaixian, Baiyin, Wilayah Gansu, China. Dikenal pasti oleh Prof Guo Yehong, Universiti Pertanian Gansu.
Media:medium cecair TSB; dipejal menggunakan agar 20 g/L.
Reagen dan Instrumen:NaClO gred analitik, KH₂PO₄, K₂HPO₄, penimbal TAE; Agilent QTOF 1290–6542 spektrometer jisim, R-1001V penyejat berputar, emparan Neofuge 15R, PCR kecerunan SureCycler 8800.
1.2 Pengasingan Bakteria Endofit
SegarCistanchetisu telah disterilkan permukaan dan dihomogenkan. Pencairan bersiri disalut pada media R2A, TSB, ISP-2 dan 2216E. Koloni telah diasingkan dan disucikan melalui tiga subkultur, kemudian disimpan dalam 20% gliserol pada -80 darjah .
1.3 16Pengenalpastian Gen S rRNA
DNA genom telah diekstrak dan dikuatkan menggunakan primer universal 27F/1492R. Produk PCR disusun dan dianalisis menggunakan pangkalan data EzBioCloud.
Pangkalan cistanche
Perkhidmatan Sokongan Wecistanche-Untuk butiran lanjut tentang kerjasama
E-mel:wallence.suen@wecistanche.com
1.4 Pencirian Fenotip dan Fisiologi
SEM:Morfologi sel diperhatikan selepas salutan emas.
Toleransi NaCl:Pertumbuhan dinilai pada 0–20% NaCl.
Toleransi pH:Pertumbuhan diukur pada pH 4–13.
Julat Suhu:Pertumbuhan diuji pada 4–50 darjah .
1.5 Penjujukan Genom Keseluruhan
Strain A8 telah disusun menggunakan teknologi PacBio. Perhimpunan dan anotasi genom dilakukan terhadap enam pangkalan data utama (NR, Swiss-Prot, Pfam, EggNOG, GO, KEGG). Gen yang berkaitan dengan toleransi garam-alkali telah disaring.
1.6 Analisis UPLC-MS/MS
Sampel dibiakkan di bawah tiga keadaan:
A: pH 7.2, NaCl 0.5%
B: pH 7.2, NaCl 14%
C: pH 13.0, NaCl 0.5%
Supernatan telah dikeringkan, dilarutkan dalam metanol, dan dianalisis menggunakan UPLC-MS/MS (ZORBAX Eclipse Plus C18, mod ion positif).
Keputusan dan Analisis
2.1 Pengasingan Endofit
Lima puluh strain telah diasingkan daripadaCistanche deserticola, kepunyaan 4 filum dan 35 genera.
2.2 Pengenalpastian Terikan A8
Urutan rRNA 16S menunjukkan 99.30% persamaan denganPseudalkalibacillus salsuginis. Analisis filogenetik mengesahkannya sebagai ahliPseudalkalibacillus. Dari segi morfologi, koloni adalah licin, kuning-coklat, berbentuk batang (1–6 µm) dengan sedikit kabur di bawah SEM.
Julat pertumbuhan:20–45 darjah (optimum: 30 darjah )
julat pH:6–13 (optimum: 9.0)
Julat garam:0–17% NaCl (optimum: 0–5%)
2.3 Analisis Genom
Panjang Genom: 6,022,064 bp
Kandungan GC: 40.99%
Gen pengekodan protein: 5,825 (82.5%)
tRNA/rRNA:76 tRNA, 24 rRNA
Nilai ANI:Semua<95%, indicating a potential novel species.
Anotasi COG:4,683 gen (80.39%)
Pengangkutan/metabolisme asid amino (556), metabolisme karbohidrat (501), transkripsi (464), metabolisme lipid (440), metabolisme koenzim (298), mekanisme pertahanan (100)
Gen Toleransi Garam-Alkali Dikenalpasti:
Pengangkut glisin/betaine
Natrium symporter
Antiporter
F0F1 ATP sintase
2.4 Analisis Metabolomik
Pengenalan Metabolit:986 jumlah metabolit dikesan
Analisis OPLS-DA:Pemisahan yang jelas antara kumpulan; R²X > 0.5, R²Y=1, Q² > 0.85,P< 0.005
Metabolit Berbeza:
186 jumlah:
Kumpulan B: 96 (13 dikawal selia, 83 dikawal selia)
Kumpulan C: 132 (41 dikawal selia, 91 dikawal selia)
49 dikawal selia dalam kedua-dua B & C
196 metabolit yang dinyatakan secara unik dalam B&C
246 jumlah metabolit terkawal atau unik
Pengayaan Laluan (KEGG):
Biosintesis sesquiterpenoid dan triterpenoid
Metabolisme purin
Biosintesis dan degradasi lisin
Biosintesis Pantothenate dan CoA
Metabolisme arginin dan prolin
Biosintesis steroid
Keputusan ini menunjukkan bahawa strain A8 menyesuaikan diri dengan tekanan garam-alkali melalui kedua-dua peraturan genetik dan metabolik.
Kesimpulan
Kajian ini berjaya diasingkan dan dikenalpastiPseudalkalibacillussp. A8 daripadaCistanche deserticola, spesies novel yang berpotensi mempamerkan rintangan garam-alkali yang kuat. Melalui keseluruhan analisis genom dan metabolomik, pelbagai gen dan laluan metabolik telah dikenal pasti sebagai penyumbang kepada penyesuaian tekanannya. Penemuan ini memberikan asas teori untuk membangunkan agen mikrob untuk meningkatkan toleransi tanaman dan menuntut semula tanah masin-alkali.
Rujukan
Wang Y., Wang Y., Zhang Q., et al.Sifat Tanah Masin-Alkali Diperbaiki Oleh Kesan SinergisPriestia aryabhattaiJL-5,Staphylococcus pseudoxylosusXW-4,Leymus chinensisdan Mikrobiota Tanah. Jurnal Antarabangsa Sains Molekul, 2023, 24(9): 7737.
Chen Wentao, Guo Lizhuo, Shan Bin, et al.Kesan Pindaan Tanah terhadap Pertumbuhan Oat dan Sifat Fizikal Tanah di Tanah Saline-Alkali. Jurnal Universiti Pertanian Gansu, 2024, 59(5): 136–144. (Dalam bahasa Cina)
Lu Yuxin, Yan Hong, Bai Yani, et al.Pengasingan dan Mekanisme Toleransi Garam-Alkali bagiRhizobiumTerikan BFL-3. Jurnal Bioteknologi Pertanian, 2023, 31(7): 1501–1512. (Dalam bahasa Cina)
Yu Jiang, Wang Xinzhen, Wang Chun, et al.Penggunaan Garam-Alkali-ToleranCitrobacterKetegangan dalam Menggalakkan Pertumbuhan Tumbuhan dan Perlombongan Gen Toleransi Garam-Alkalinya. Mikrobiologi China, 2024, 51(3): 864–879. (Dalam bahasa Cina)
Wani ZA, Ashraf N., Mohiuddin T., et al.Simbiosis Tumbuhan-Endofit: Perspektif Ekologi. Mikrobiologi Gunaan dan Bioteknologi, 2015, 99(7): 2955–2965.
Venieraki A., Dimou M., Katinakis P.Kulat Endofit yang Mendiami Tumbuhan Ubat Mempunyai Keupayaan untuk Menghasilkan Metabolit Sekunder Aktif Secara Farmakologi yang Sama atau Serupa dengan Perumahnya. Jurnal Perlindungan Tumbuhan Hellenic, 2017, 10: 51–66.
Suruhanjaya Farmakope Cina.Farmakope Republik Rakyat China, Jilid I. Beijing: Akhbar Sains Perubatan China, 2020: 79–80.(Dalam bahasa Cina)
Fu Kejian, Cui Yonghe, Huang Zhihua, et al.Pemeriksaan, Pengenalpastian dan Mekanisme Antagonis Bakteria Biokawalan Terhadap Patogen Batang Hitam Tembakau. Jurnal Pertanian Selatan, 2023, 54(8): 2245–2256. (Dalam bahasa Cina)
Hu Chunhui, Xu Qing, Sun Xuan, et al.Kaedah Penyediaan Beberapa Sampel Biologi Biasa untuk Mengimbas Mikroskopi Elektron. Sains Pertanian Hubei, 2016, 55(20): 5389–5392+5402. (Dalam bahasa Cina)
