Μελέτη για την ανοχή σε άλατα και αλκάλια ενός ενδοφυτικού βακτηρίου από το Cistanche Deserticola (Pseudalkalibacillus Sp. A8)
Dec 05, 2025
Περίληψη
Σκοπός:Για την απομόνωση ενδοφυτικών βακτηρίων απόCistanche deserticolaκαι να διερευνήσει τους πιθανούς μηχανισμούς στους οποίους βασίζεται η ανοχή αλάτων-αλκαλίωνPseudalkalibacillussp. Α8.
Μέθοδοι:Τα ενδοφυτικά βακτήρια απομονώθηκαν με τη μέθοδο της αραίωσης. Η ταξινόμηση του στελέχους Α8 προσδιορίστηκε με μορφολογικά χαρακτηριστικά και αλληλουχία γονιδίου 16S rRNA. Στη συνέχεια διεξήχθησαν αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος και μεταβολομικές αναλύσεις.
Αποτελέσματα:Πενήντα ενδοφυτικά βακτηριακά στελέχη απομονώθηκαν από νωπάCistanche deserticolaδείγματα, που καλύπτουν 4 φυλές, 8 τάξεις και 35 γένη. Μεταξύ αυτών, το στέλεχος Α8 είναι το πρώτοPseudalkalibacillusείδη που έχουν απομονωθεί από φυτά, επιδεικνύοντας εξαιρετική ανοχή αλάτων-αλκαλίων. Ήταν ικανό να αναπτύσσεται σε εύρος pH από 6,0 έως 13,0 και συγκεντρώσεις NaCl έως και 17%. Ο σχολιασμός του γονιδιώματος αποκάλυψε 10 γονίδια που σχετίζονται με την αντοχή στο άλας-αλκάλια. Η μεταβολική ανάλυση υπό συνθήκες υψηλής αλατότητας και υψηλού pH εντόπισε 186 διαφορικούς μεταβολίτες εμπλουτισμένους σε επτά λειτουργικές οδούς που σχετίζονται με την προσαρμογή του στρες αλάτων-αλκαλίων.
Σύναψη:Αυτή η μελέτη παρέχει πολύτιμους μικροβιακούς πόρους για την ενίσχυση της ανοχής αλάτων-αλκαλίων καλλιεργειών και προσφέρει θεωρητική υποστήριξη για τη βελτίωση του αλατούχου-αλκαλικού εδάφους μέσω μικροβιακών μέσων. Θέτει επίσης τις βάσεις για την κατανόηση των μοριακών μηχανισμών των βακτηρίων που είναι ανθεκτικά στα άλατα στα αλκάλια.
Λέξεις-κλειδιά: Cistanche deserticola; ενδοφυτικά βακτήρια; ανοχή αλάτων-αλκαλίων. αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος. UPLC–MS/MS
Λουλούδι Cistanche deserticol
Εισαγωγή
Η αλάτωση και η αλκαλοποίηση του εδάφους αποτελούν σημαντικές παγκόσμιες προκλήσεις, συμβάλλοντας σημαντικά στην υποβάθμιση της γης και στην ερημοποίηση. Υπολογίζεται ότι περίπου το 20% της καλλιεργήσιμης γης στον κόσμο επηρεάζεται από την αλατότητα σε διάφορους βαθμούς, και η Κίνα από μόνη της διαθέτει 9,9×107 εκτάρια αλμυρής-αλκαλικής γης - τη μεγαλύτερη στον κόσμο. Τέτοια εδάφη παρουσιάζουν συνήθως κακή διαπερατότητα, χαμηλή γονιμότητα και σκληρή υφή, μειώνοντας σοβαρά την ανάπτυξη και την απόδοση των καλλιεργειών. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών για τη χρήση και τη βελτίωση των αλατούχων-αλκαλικών εδαφών παραμένει ένα κρίσιμο ζήτημα.
Πρόσφατες μελέτες υποδεικνύουν ότι τα μικροβιακά εμβόλια, ιδιαίτερα τα στελέχη που είναι ανθεκτικά στα αλκάλια, μπορούν να ενισχύσουν την ανοχή των καλλιεργειών και να βελτιώσουν τις ιδιότητες του εδάφους με οικονομικό και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο. Ενδοφυτικά βακτήρια - αυτά που κατοικούν στους φυτικούς ιστούς χωρίς να προκαλούν ασθένεια - μοιράζονται οικολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά με τα φυτά ξενιστές τους.Cistanche deserticola, ένα παρασιτικό φυτό που κατοικεί στην έρημο, γνωστό για την εξαιρετική του αντοχή σε αλάτι-αλκάλια, είναι μια πολλά υποσχόμενη πηγή για την απομόνωση των ανθεκτικών στο στρες ενδοφύτων.
Η μελέτη αυτή στοχεύει:
Απομονώστε τα ενδοφυτικά βακτήρια απόCistanche deserticola;
Οθόνη για στελέχη ανθεκτικά σε αλκάλια.
Εξερευνήστε τους μηχανισμούς αντοχής στην καταπόνηση του επιλεγμένου στελέχουςPseudalkalibacillussp. Α8 μέσω αναλύσεων ολόκληρου του γονιδιώματος και μεταβολισμού.
Λουλούδι Cistanche deserticol
Υλικά και Μέθοδοι
1.1 Υλικά
Δείγμα φυτού: Cistanche deserticolaσυλλέχτηκε τον Μάρτιο του 2023 από την πόλη Xiquan, Jingtaixian, Baiyin, επαρχία Gansu, Κίνα. Αναγνωρίστηκε από τον καθηγητή Guo Yehong, Gansu Agricultural University.
Μέσα ενημέρωσης:TSB υγρό μέσο; στερεοποιήθηκε χρησιμοποιώντας 20 g/L άγαρ.
Αντιδραστήρια και όργανα:Αναλυτικής ποιότητας NaClO, KH2PO4, K2HPO4, ρυθμιστικό διάλυμα TAE. Agilent QTOF 1290–6542 φασματόμετρο μάζας, R-1001V περιστροφικός εξατμιστής, φυγόκεντρος Neofuge 15R, SureCycler 8800 gradient PCR.
1.2 Απομόνωση Ενδοφυτικών Βακτηρίων
ΦρέσκοCistancheο ιστός αποστειρώθηκε επιφανειακά και ομογενοποιήθηκε. Σειριακές αραιώσεις επιστρώθηκαν σε μέσα R2A, TSB, ISP-2 και 2216E. Οι αποικίες απομονώθηκαν και καθαρίστηκαν μέσω τριών υποκαλλιεργειών, στη συνέχεια αποθηκεύτηκαν σε γλυκερίνη 20% στους -80 βαθμούς.
1.3 16Αναγνώριση γονιδίου S rRNA
Το γονιδιωματικό DNA εκχυλίστηκε και ενισχύθηκε χρησιμοποιώντας γενικούς εκκινητές 27F/1492R. Τα προϊόντα PCR αλληλουχήθηκαν και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας τη βάση δεδομένων EzBioCloud.
Βάση Cistanche
Υποστήριξη της Wecistanche-Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη συνεργασία
Διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου:wallence.suen@wecistanche.com
1.4 Φαινοτυπικός και Φυσιολογικός Χαρακτηρισμός
SEM:Παρατηρήθηκε μορφολογία κυττάρων μετά από επικάλυψη χρυσού.
Ανοχή NaCl:Η ανάπτυξη εκτιμάται σε 0–20% NaCl.
Ανοχή pH:Η ανάπτυξη μετρήθηκε σε pH 4–13.
Εύρος θερμοκρασίας:Δοκιμασμένη ανάπτυξη στους 4–50 βαθμούς.
1.5 Αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος
Η αλληλουχία του στελέχους Α8 έγινε χρησιμοποιώντας τεχνολογία PacBio. Η συναρμολόγηση και ο σχολιασμός του γονιδιώματος πραγματοποιήθηκαν σε έξι κύριες βάσεις δεδομένων (NR, Swiss-Prot, Pfam, EggNOG, GO, KEGG). Ελέγχθηκαν γονίδια που σχετίζονται με την ανοχή άλατος-αλκαλίου.
1.6 Ανάλυση UPLC-MS/MS
Τα δείγματα καλλιεργήθηκαν υπό τρεις συνθήκες:
Α: pH 7,2, NaCl 0,5%
Β: pH 7,2, NaCl 14%
C: pH 13,0, NaCl 0,5%
Τα υπερκείμενα ξηράνθηκαν, διαλύθηκαν σε μεθανόλη και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας UPLC-MS/MS (ZORBAX Eclipse Plus C18, λειτουργία θετικού ιόντος).
Αποτελέσματα και Ανάλυση
2.1 Απομόνωση ενδοφύτων
Πενήντα στελέχη απομονώθηκαν απόCistanche deserticola, που ανήκει σε 4 φύλες και 35 γένη.
2.2 Αναγνώριση του στελέχους A8
Η αλληλουχία 16S rRNA έδειξε ομοιότητα 99,30% μεPseudalkalibacillus salsuginis. Η φυλογενετική ανάλυση το επιβεβαίωσε ως μέλος τουPseudalkalibacillus. Μορφολογικά, οι αποικίες ήταν λείες, κίτρινο-καφέ, σε σχήμα ράβδου (1-6 μm) με ελαφρά ασάφεια κάτω από το SEM.
Εύρος ανάπτυξης:20–45 μοίρες (βέλτιστη: 30 μοίρες)
Εύρος pH:6–13 (βέλτιστο: 9,0)
Εύρος αλατιού:0–17% NaCl (βέλτιστο: 0–5%)
2.3 Ανάλυση γονιδιώματος
Μήκος γονιδιώματος: 6,022,064 bp
Περιεχόμενο GC: 40.99%
Γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες: 5,825 (82.5%)
tRNA/rRNA:76 tRNA, 24 rRNA
Τιμές ANI:Ολοι<95%, indicating a potential novel species.
Σχολιασμός COG:4.683 γονίδια (80,39%)
Μεταφορά/μεταβολισμός αμινοξέων (556), μεταβολισμός υδατανθράκων (501), μεταγραφή (464), μεταβολισμός λιπιδίων (440), μεταβολισμός συνενζύμων (298), αμυντικοί μηχανισμοί (100)
Προσδιορίστηκαν γονίδια ανοχής αλάτων-αλκαλίων:
Μεταφορέας γλυκίνης/βεταΐνης
Συμπέρασμα νατρίου
Αντιμεταφορείς
F0F1 ATP συνθάση
2.4 Μεταβολική Ανάλυση
Αναγνώριση μεταβολίτη:Ανιχνεύθηκαν 986 συνολικοί μεταβολίτες
Ανάλυση OPLS-DA:Σαφής διαχωρισμός μεταξύ των ομάδων. R²X > 0,5, R²Y=1, Q² > 0,85,P< 0,005
Διαφορικοί μεταβολίτες:
186 συνολικά:
Ομάδα Β: 96 (13 ρυθμισμένα προς τα πάνω, 83 μειωμένα)
Ομάδα Γ: 132 (41 ρυθμισμένες προς τα πάνω, 91 μειωμένες)
49 ρυθμίστηκε προς τα πάνω τόσο στο B & C
196 μοναδικά εκφρασμένοι μεταβολίτες σε B & C
246 συνολικά ρυθμισμένοι προς τα πάνω ή μοναδικοί μεταβολίτες
Εμπλουτισμός Διαδρομών (KEGG):
Βιοσύνθεση σεσκιτερπενοειδή και τριτερπενοειδή
Μεταβολισμός πουρίνης
Βιοσύνθεση και αποδόμηση λυσίνης
Βιοσύνθεση παντοθενικού και CoA
Μεταβολισμός αργινίνης και προλίνης
Βιοσύνθεση στεροειδών
Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το στέλεχος Α8 προσαρμόζεται στο στρες αλάτων-αλκαλίων μέσω τόσο της γενετικής όσο και της μεταβολικής ρύθμισης.
Σύναψη
Αυτή η μελέτη απομόνωσε και αναγνωρίστηκε με επιτυχίαPseudalkalibacillussp. Α8 απόCistanche deserticola, ένα πιθανό νέο είδος που εμφανίζει ισχυρή αντίσταση αλάτων-αλκαλίων. Μέσα από ολόκληρο το γονιδίωμα και τις μεταβολομικές αναλύσεις, πολλαπλά γονίδια και μεταβολικές οδοί έχουν αναγνωριστεί ως συνεισφέροντες στην προσαρμογή του στρες. Αυτά τα ευρήματα παρέχουν μια θεωρητική βάση για την ανάπτυξη μικροβιακών παραγόντων για τη βελτίωση της ανοχής των καλλιεργειών και την ανάκτηση αλατούχων-αλκαλικών εδαφών.
Αναφορές
Wang Y., Wang Y., Zhang Q., et al.Ιδιότητες Αλατούχου-Αλκαλικού Εδάφους Βελτιωμένη από τις Συνεργικές Επιδράσεις τουPriestia aryabhattaiJL-5,Staphylococcus pseudoxylosusXW-4,Leymus chinensisκαι Soil Microbiota. International Journal of Molecular Sciences, 2023, 24(9): 7737.
Chen Wentao, Guo Lizhuo, Shan Bin, et al.Επιδράσεις των τροποποιήσεων του εδάφους στην ανάπτυξη της βρώμης και τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους σε αλμυρή-αλκαλική γη. Περιοδικό του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Gansu, 2024, 59(5): 136–144. (Στα κινέζικα)
Lu Yuxin, Yan Hong, Bai Yani, et al.Μηχανισμός Απομόνωσης και Ανοχής Αλάτων-Αλκαλίων τουΡιζόβιοΣτέλεχος BFL-3. Journal of Agricultural Biotechnology, 2023, 31(7): 1501–1512. (Στα κινέζικα)
Yu Jiang, Wang Xinzhen, Wang Chun, et al.Εφαρμογή Ανθεκτού σε Αλάτι-ΑλκάλιαCitrobacterΣτέλεχος για την προώθηση της ανάπτυξης των φυτών και την εξόρυξη των γονιδίων της ανοχής σε αλάτι-αλκάλια. Μικροβιολογία Κίνα, 2024, 51(3): 864–879. (Στα κινέζικα)
Wani ZA, Ashraf N., Mohiuddin T., et al.Συμβίωση φυτού-ενδόφυτου: Μια οικολογική προοπτική. Εφαρμοσμένη Μικροβιολογία και Βιοτεχνολογία, 2015, 99(7): 2955–2965.
Βενιεράκη Α., Δήμου Μ., Κατινάκης Π.Οι ενδοφυτικοί μύκητες που κατοικούν σε φαρμακευτικά φυτά έχουν την ικανότητα να παράγουν τους ίδιους ή παρόμοιους φαρμακολογικά ενεργούς δευτερογενείς μεταβολίτες με τους ξενιστές τους. Ελληνική Εφημερίδα Φυτοπροστασίας, 2017, 10: 51–66.
Επιτροπή Κινεζικής Φαρμακοποιίας.Φαρμακοποιία της Λαϊκής Δημοκρατίας της Κίνας, Τόμος Ι. Πεκίνο: China Medical Science Press, 2020: 79–80.(Στα κινέζικα)
Fu Kejian, Cui Yonghe, Huang Zhihua, et al.Διαλογή, ταυτοποίηση και ανταγωνιστικός μηχανισμός βακτηρίων βιοελέγχου κατά του παθογόνου του μαύρου κορμού του καπνού. Journal of Southern Agriculture, 2023, 54(8): 2245–2256. (Στα κινέζικα)
Hu Chunhui, Xu Qing, Sun Xuan, et al.Μέθοδοι προετοιμασίας πολλών τυπικών βιολογικών δειγμάτων για ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης. Hubei Agricultural Sciences, 2016, 55(20): 5389–5392+5402. (Στα κινέζικα)
