青藏高原植物中殷大奎藤黄单胞菌和董小平类诺卡氏菌两个细菌新种的发现和生物学分析

来源 :山西医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lmwtzw0n9c9
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目的:因青藏高原区特殊的气候条件和地貌特征,形成了特殊的高寒生态系统,植物资源典型而独特,极端环境下存在于其内部的微生物可能具有特殊的功能,研究青藏高原野生植物微生物不仅可以对其微生物群落认识更加深入,还为开发新结构新功能活性物质提供来源。本研究根据培养组学的思路,对青藏高原的野生植物进行菌群分析,发现潜在的人类病原菌和动物/植物病原体,并对未知细菌进行分离和鉴定,分析其可能的生物学功能,为未来生物菌剂及工农业应用的研究提供依据。方法:(1)用分离培养的方法对青藏高原植物叶子进行处理,然后对其悬液进行梯度稀释,选择合适的梯度稀释液涂布到不同种类的培养基上,在不同的培养条件下进行培养。根据菌落特征挑取单菌落纯化,并对16S rRNA基因进行扩增测序,通过GeneBank和EzBioCloud数据库对16S rRNA基因序列进行比对,完成菌株初步鉴定。(2)初步鉴定为细菌已知种,根据鉴定结果对菌株多样性进行分析。(3)初步鉴定为疑似细菌新种,完成表型及遗传特征分析。包括:细胞形状、菌落形态、最佳生长条件和生化指标、细菌化学成分、系统进化分析、核酸分子杂交、基因组初步分析和生物学分析(采用GO、COG、KEGG和Swiss-Prot数据库进行氨基酸序列比对及分析)。完成对细菌新种的命名,并将模式菌株寄往中国普通微生物菌种保藏中心和日本菌种保藏中心进行保藏,获得相应的保藏号。结果:(1)本研究从青藏高原植物叶子样本中分离获得1068株菌,隶属于4个细菌门,6个细菌纲,18个细菌目,37个细菌科和86个细菌属。优势菌属为红球菌属(Rhodococcus)、棒形杆菌属(Clavibacter)、微杆菌属(Microbacterium)和短小杆菌属(Curtobacterium)。可能存在的人类病原菌和动物/植物病原体包括:萎蔫短小杆菌(Curtobacterium flaccumfaciens,73株)、蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii,3株)、内生微球菌(Micrococcus endophyticus,1株)、成团泛菌(Pantoea agglomerans,3株)、菊粉血杆菌(Sanguibacter inulinus,19株)、克氏血杆菌(Sanguibacter keddieii,9株)、葡萄细菌性疫病菌(Xylophilus ampelinus,1株)。有71株菌为疑似细菌新种,隶属于24个属,50个种,目前已完成藤黄单胞菌属(Luteimonas)和类诺卡氏菌属(Nocardioides)两个细菌新种的分类鉴定和命名研究。(2)结合表型、生理生化、16S rRNA基因序列系统发育、基因组特征及基因组进化分析等方法,完成了两株疑似细菌新种(S-1072T和1626)的分类鉴定和描述。结果表明,菌株S-1072T和1626是藤黄单胞菌属(Luteimonas)的一个新种,将其命名为殷大奎藤黄单胞菌(Luteimonas yindakuii sp.nov.),模式菌株为S-1072T(=CGMCC1.13927T=JCM 33487T)。菌株S-1072T和1626分离来自青藏高原蒲公英[Dandelion(Taraxacum officinale)]叶片,蒲公英可作为一种中草药和食物而被食用。菌株S-1072T和1626为革兰氏染色阴性,需氧,氧化酶和过氧化氢酶阳性,杆状,单鞭毛,动力实验阳性。最适宜的生长条件为28℃,pH 7.0,0.5%(w/v)NaCl。基于16S rRNA基因序列的系统进化分析结果显示,菌株S-1072T和1626属于藤黄单胞菌属(Luteimonas),与Luteimonas arsenica CCTCC AB 2014326T(97.0%),Luteimonas terricola CGMCC 1.8985T(96.9%)和Luteimonas aestuarii KCTC 22048T(96.6%)相似性最高,菌株S-1072T和1626的16S rDNA序列相似度为99.9%,为同一个种。全基因组系统进化分析结果表明菌株S-1072T与1626和Luteimonas abyssi CGMCC1.12611T的进化距离最近。菌株S-1072T和1626的染色体DNA G+C含量分别为69.2mol%和69.3mol%。菌株S-1072T和1626间的dDDH值为83.1%,与邻近参考菌株之间的dDDH值低于70%。Q-8(98.7%)是主要的呼吸醌;主要极性脂包括二磷脂酰甘油、磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺;主要脂肪酸(>10%)包括iso-C15:0,iso-C16:0和summed feature 9(10-methyl C16:06:0 and/or iso-C17:1ω9c)。(3)结合表型、生理生化、16S rRNA基因序列系统发育、基因组特征及基因组进化分析等方法,完成了两株疑似细菌新种(S-1144T和4053)的分类鉴定和描述。结果表明,菌株S-1144T和4053是类诺卡氏菌属(Nocardioides)的一个新种,将其命名为董小平类诺卡氏菌(Nocardioides dongxiaopingii sp.nov.),模式菌株为S-1144T(=CGMCC 4.7568T=JCM 33469T)。菌株S-1144T和4053分离来自青藏高原一种重要药用植物独一味(Lamiophlomis rotata)的叶片。菌株S-1144T和4053为革兰氏染色阳性,需氧,氧化酶阴性,过氧化氢酶阳性,不规则杆状菌,在R2A培养基上培养2天后,菌落形态为淡黄色、圆形、透亮、光滑、凸起。其最适宜生长条件为28℃,pH 7.5,0%(w/v)NaCl。多相分析结果显示,菌株S-1144T和4053属于类诺卡氏菌属(Nocardioides),与Nocardioides litoris DSM 103718T(98.4%),Nocardioides rubriscoriae DSM 23986T(98.2%)和Nocardioides plantarum DSM 11054T(97.8%)的相似性最高。菌株S-1144T和4053的染色体DNA G+C含量均为73.5mol%。菌株S-1144T和4053间的dDDH值为90.2%,与邻近参考菌株之间的dDDH值低于70%。左旋2,6二氨基庚二酸是细胞壁肽聚糖中的诊断性氨基酸;主要的呼吸醌为MK-8(H4);极性脂由二磷脂酰甘油,磷脂酰甘油,三种未鉴别的磷脂,一种未鉴别的糖脂和一种未鉴别的脂质组成;主要脂肪酸包括iso-C16:0,C17:1ω8c,C17:0和C18:1ω9c。(4)根据基因组测序结果,菌株S-1072T和S-1144T基因组大小分别为3,040,302bp,4,427,648 bp,分别有2,685个和4,011个编码基因。通过与COG、KEGG和Swiss-Prot数据库进行比对,发现菌株S-1072T和S-1144T基因组中存在低温适应相关基因[编码热激蛋白、冷激蛋白及分子伴侣(DnaJ-DnaK-GrpE、GroESL)的基因,DEAD-box RNA解旋酶基因(deaD)等];耐辐射相关基因(重组修复相关基因:recABCDFGJOR,ruvABC,ssb,priA;切除修复相关基因:uvrABCD、mfd、编码糖基化酶和核酸内切酶的相关基因;碱基错配修复相关基因等)。此外,在KEGG数据库中还注释到了甜菜碱、异黄酮、玉米素及铁载体类非核糖体肽次级代谢产物生物合成的基因。结论:(1)本研究从青藏高原植物叶子样本中分离获得1068株菌,隶属于86个细菌属,其中有109株为潜在的人类病原菌和动物/植物病原体;71株为疑似的细菌新种,隶属于24个属,50个种。(2)完成四株疑似新种鉴定工作,菌株S-1072T和1626鉴定为藤黄单胞菌属(Luteimonas)的一个细菌新种,命名为殷大奎藤黄单胞菌(Luteimonas yindakuii sp.nov.),模式菌株为S-1072T(=CGMCC 1.13927T=JCM 33487T)。菌株S-1144T和4053鉴定为类诺卡氏菌属(Nocardioides)的一个细菌新种,命名为董小平类诺卡氏菌(Nocardioides dongxiaopingii sp.nov.),模式菌株为S-1144T(=CGMCC 4.7568T=JCM33469T)。菌株S-1072T和S-1144T基因组分析发现低温适应、耐辐射及合成具有生理功能的次级代谢产物的相关基因,但这些基因的功能及编码产物的应用仍有待进一步研究。
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