枸杞根际促生细菌筛选、培养基优化及基因组测序

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枸杞是一种重要的经济作物。近年来,随着药用价值和保健价值的日益发掘,枸杞在我国的种植面积不断扩大,其中宁夏枸杞是最有名的品种之一。受经济利益的驱动、耕地面积的限制以及种植条件的制约,枸杞连作不可避免,继而引发各种连作障碍,严重影响了枸杞的产量与质量。根腐病是枸杞种植中常见土传病害之一。植物根际促生菌(Plant Growth Promoting Rhizobacteria,PGPR)具有防治土传病害、促进植物根系生长发育、调控和改善根际土壤环境等多种作用。本研究从枸杞根际土壤中筛选具有拮抗、溶磷、解磷、产蛋白酶和生长素功能的根际促生细菌,并进行鉴定;对具有较好拮抗效果的菌株进行培养基优化;通过田间试验验证拮抗菌的生防效果;对田间条件下生防效果较好的菌株进行全基因测序分析。从枸杞病变组织中分离到一株真菌,经鉴定为腐皮镰孢菌(Fusarium solani)。从枸杞根际土壤中筛选到拮抗菌51株,蛋白降解菌121株,解磷细菌105株,溶磷细菌8株,生长素产生菌7株。研究发现,拮抗菌株均能稳定产生蛋白酶。依据形态特征、生理生化特征和16S rRNA基因序列分析结果,拮抗菌株GQJK2、GQJK4和GQJK6为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),GQJK17为萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus),GQJK49为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)。对拮抗菌株GQJK2、GQJK4、GQJK17、GQJK49进行了培养基优化。以豆芽汁培养基为基础培养基,通过单因素试验确定各菌株适宜碳源、氮源、无机盐种类。单因素试验中,所用碳源为蔗糖、葡萄糖、乳糖、玉米粉、可溶性淀粉;有机氮源为牛肉膏、蛋白胨、酵母粉、豆粕;无机氮源为(NH42SO4、NH4NO3、NH4Cl、尿素;无机盐为MgSO4、CaCO3、K2HPO4、KH2PO4。通过正交试验,确定各菌株最优培养基组成。GQJK2的最优培养基组成:可溶性淀粉3%、豆粕1.5%、NH4NO3 0.3%、KH2PO4 0.3%;GQJK4的最优培养基组成:蔗糖3%、豆粕1.5%、NH4NO3 0.3%、K2HPO40.3%;GQJK17的最优培养基组成:葡萄糖3%、豆粕1.5%、NH4NO3 0.3%、MgSO4 0.3%;GQJK49的最优培养基组成:葡萄糖3%、豆粕1.5%、(NH42SO4 0.3%、K2HPO4 0.3%。采用优化培养基,各菌株发酵液活菌数明显提高,GQJK2菌落数由5.83×108cfu/m L增加到2.58×109cfu/m L;GQJK4菌落数由3.25×108cfu/mL增加到2.76×109cfu/m L;GQJK17菌落数由3.21×108cfu/m L增加到7.98×109cfu/mL;GQJK49菌落数由2.08×108cfu/mL增加到1.58×109cfu/m L。在田间条件下测试了12株拮抗菌对枸杞根腐病生防效果。试验结果表明,枯草芽孢杆菌GQJK2、萎缩芽孢杆菌GQJK17、贝莱斯芽孢杆菌GQJK49对枸杞根腐病防止效果明显,与对照相比,根腐病发病率分别降低了55、48.33、43.33个百分点;枸杞子产量分别提高了550%、484%、434%。测定了枯草芽孢杆菌GQJK2的全基因组序列。GQJK2的基因组大小为4,072,961bp,GC含量为43.76%,编码基因数量为4,190,包括4,069个编码蛋白基因,30个rRNA,86个tRNA,5个sRNA;进行了重复序列、转座子分析,CRISPR分析,发现GQJK2的基因组中存在一个可疑CRISPR;通过与COG数据库进行比对,将其基因划分为21类。通过与GO数据库进行比对,将其基因划分为38类,包括与细胞组分相关的7类、与分子功能相关的10类、与生物过程相关的21类。通过与KEGG数据库进行比对,将其基因划分为40类,包括与细胞过程相关的4类,与环境信息处理相关的3类,与遗传信息处理相关的4类,与人类疾病相关的8类,与代谢相关的12类,与生物系统相关的9类。做了特定功能分析,包括碳水化合物活性酶(CAZy)注释分析,转运蛋白注释分析,分泌蛋白预测,分泌系统蛋白的预测,次级代谢基因簇分析。在次级代谢基因簇分析中,GQJK2的10条次级代谢基因簇中,有2条与前人报道的基因簇存在高度相似性。测定了萎缩芽孢杆菌GQJK17的全基因组序列,GQJK17的基因组大小为4,325,818bp,GC含量为43.26%,编码基因数量为4,487,包括4,376个编码蛋白基因,18个rRNA,84个tRNA,9个sRNA;通过与COG数据库进行比对,将其基因划分为21类。通过与GO数据库进行比对,将其基因划分为41类,包括与细胞组分相关的9类、与分子功能相关的10类、与生物过程相关的22类。通过与KEGG数据库进行比对,将其基因划分为40类,包括与细胞过程相关的4类,与环境信息处理相关的3类,与遗传信息处理相关的4类,与人类疾病相关的8类,与代谢相关的12类,与生物系统相关的9类。做了特定功能分析,包括碳水化合物活性酶(CAZy)注释分析,转运蛋白注释分析,分泌蛋白预测,分泌系统蛋白的预测,次级代谢基因簇分析。在次级代谢基因簇分析中,GQJK17的14条次级代谢基因簇中,有1条与前人报道的基因簇存在高度相似性。测定了贝莱斯芽孢杆菌GQJK49的全基因组序列,GQJK49的基因组大小为3,929,760bp,GC含量为46.498%,编码基因数量为4,049,包括3,936个编码蛋白基因,27个rRNA,86个tRNA;通过与COG数据库进行比对,将其基因划分为21类。通过与GO数据库进行比对,将其基因划分为44类,包括与细胞组分相关的14类、与分子功能相关的13类、与生物过程相关的17类。做了特定功能分析,包括碳水化合物活性酶(CAZy)注释分析,次级代谢基因簇分析。在次级代谢基因簇分析中,GQJK49的12条次级代谢基因簇中,有6条与前人报道的基因簇相似性达到100%。
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