园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (6): 1413-1425.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0597
张文静, 徐大勇*(), 吴倩琳, 杨佛, 信丙越, 曾昕, 李峰
收稿日期:
2023-10-19
修回日期:
2024-04-22
出版日期:
2024-12-18
发布日期:
2024-06-22
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Wenjing, XU Dayong*(), WU Qianlin, YANG Fo, XIN Bingyue, ZENG Xin, LI Feng
Received:
2023-10-19
Revised:
2024-04-22
Published:
2024-12-18
Online:
2024-06-22
摘要:
从番茄根际土壤中分离筛选到1株对灰葡萄孢(Botrytis cinerea)有强抑制作用的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)XDY66。离体测定及活体试验表明XDY66对灰葡萄孢、辣椒疫霉、番茄枯萎病菌均有较强的拮抗作用;测序结果表明XDY66基因组全长3.964 552 Mb,包含1个环状染色体(大小3.956 418 Mb,GC含量46.53%,NCBI登录号CP130608)和1个质粒(大小8 134 bp,GC含量40.31%,NCBI登录号CP130609);比较基因组分析表明,XDY66含有176个特有基因,与Bacillus velezensis SQR9具有更近的亲缘关系,其次为Bacillus velezensis FZB42;AntiSMASH分析结果显示,XDY66基因组含有13个次生代谢产物合成基因簇,其中包括合成脂肽类(surfactin、fengycin)、铁载体类(bacillibactin)、聚酮类(bacillaene、macrolactin、difficidin)和二肽化合物(bacilysin)等多种化合物的基因簇。本研究的结果表明,Bacillus velezensis XDY66具有防治番茄灰霉病等作物病原真菌的生防潜力。
张文静, 徐大勇, 吴倩琳, 杨佛, 信丙越, 曾昕, 李峰. 拮抗番茄灰霉病的贝莱斯芽孢杆菌XDY66基因组分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(6): 1413-1425.
ZHANG Wenjing, XU Dayong, WU Qianlin, YANG Fo, XIN Bingyue, ZENG Xin, LI Feng. Genome Analysis of Bacillus velezensis XDY66,an Antagonist of Tomato Botrytis cinerea[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(6): 1413-1425.
图2 灰葡萄孢在添加XDY66菌液的PDA液体培养基中菌丝畸形、顶部肿大(箭头)
Fig. 2 Botrytis cinerea’s mycelia deformity and top enlargement in PDA liquid medium supplemented with XDY66(arrow)
指标 Index | 特征 Characteristic | 指标 Index | 特征 Characteristic | 指标 Index | 特征 Characteristic |
---|---|---|---|---|---|
丙三醇 Glycerol | + | 山梨醇 Sorbitol | + | L-岩藻糖 L-fucose | ‒ |
柠檬酸盐 Citrate | ‒ | 苦杏仁苷 Amygdalin | ‒ | D-阿拉伯醇 D-arabinitol | ‒ |
赤藻糖醇 Erythritol | ‒ | 熊果苷 Arbutin | ‒ | L-阿拉伯醇 L-arabinitol | ‒ |
D-阿拉伯糖 D-arabinose | ‒ | 纤维二糖 Cellobiose | ‒ | D-麦芽糖 D-maltose | + |
L-阿拉伯糖 L-arabinose | + | D-乳糖 D-lactose | + | 产铁载体 Ironophore | + |
D-核糖 D-ribose | + | D-蜜二糖 D-melibiose | + | 石蕊牛奶 Litmus milk | ‒ |
D-木糖 D-xylose | ‒ | 水杨苷 D-salicin | ‒ | 尿素酶 Urase | ‒ |
L-木糖 L-xylose | ‒ | D-蔗糖 D-saccharose | + | 硫化氢 H2S | ‒ |
D-核糖醇 D-ribitol | ‒ | 菊粉 Inulin | + | 革兰氏染色 Gram staining | + |
D-半乳糖 D-galactose | ‒ | D-松三糖 D-melezitose | + | 明胶水解 Gelatin hydrolysis | |
D-葡萄糖 D-glucose | + | D-棉子糖 D-raffinose | + | D-海藻糖 D-trehalose dihydrate | + |
D-果糖 D-fructose | + | 淀粉 Amylum | + | 肌醇 Inositol | + |
D-甘露糖 D-mannose | + | 糖原 Glycogen | ‒ | D-甘露醇 D-mannitol | + |
L-山梨糖 L-sorbose | ‒ | 木糖醇 Xylitol | ‒ | D-塔格糖 D-(-)-tagatose | + |
L-鼠李糖 L-rhamnose | ‒ | D-土伦糖 D-toulon sugar | ‒ | D-岩藻糖 D-fucose | + |
甲基-β-D-吡喃木糖苷 Methyl-β-D-xylopyranoside | ‒ | 甲基-α-D-吡喃甘露糖苷 Methyl-α-D-mannopyranoside | ‒ | 甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷 Methyl-α-D-glucopyranoside | + |
N-乙酰葡萄糖胺 N-acetyl glucosamine | ‒ | 七叶灵柠檬酸铁 Esculin/ferric citrate | + | 5-酮基葡萄糖酸钾 5-Ketogluconate | ‒ |
D-龙胆二糖 D-gentiobiose | ‒ | 葡萄糖酸钾 Potassium gluconate | ‒ | 2-酮基葡萄糖酸钾 2-Ketogluconate | ‒ |
卫矛醇 Dulcitpl | ‒ | D-来苏糖 D-(-)-lyxose | ‒ |
表1 菌株XDY66的生理生化特征
Table 1 Physiological and biochemical results of strain XDY66
指标 Index | 特征 Characteristic | 指标 Index | 特征 Characteristic | 指标 Index | 特征 Characteristic |
---|---|---|---|---|---|
丙三醇 Glycerol | + | 山梨醇 Sorbitol | + | L-岩藻糖 L-fucose | ‒ |
柠檬酸盐 Citrate | ‒ | 苦杏仁苷 Amygdalin | ‒ | D-阿拉伯醇 D-arabinitol | ‒ |
赤藻糖醇 Erythritol | ‒ | 熊果苷 Arbutin | ‒ | L-阿拉伯醇 L-arabinitol | ‒ |
D-阿拉伯糖 D-arabinose | ‒ | 纤维二糖 Cellobiose | ‒ | D-麦芽糖 D-maltose | + |
L-阿拉伯糖 L-arabinose | + | D-乳糖 D-lactose | + | 产铁载体 Ironophore | + |
D-核糖 D-ribose | + | D-蜜二糖 D-melibiose | + | 石蕊牛奶 Litmus milk | ‒ |
D-木糖 D-xylose | ‒ | 水杨苷 D-salicin | ‒ | 尿素酶 Urase | ‒ |
L-木糖 L-xylose | ‒ | D-蔗糖 D-saccharose | + | 硫化氢 H2S | ‒ |
D-核糖醇 D-ribitol | ‒ | 菊粉 Inulin | + | 革兰氏染色 Gram staining | + |
D-半乳糖 D-galactose | ‒ | D-松三糖 D-melezitose | + | 明胶水解 Gelatin hydrolysis | |
D-葡萄糖 D-glucose | + | D-棉子糖 D-raffinose | + | D-海藻糖 D-trehalose dihydrate | + |
D-果糖 D-fructose | + | 淀粉 Amylum | + | 肌醇 Inositol | + |
D-甘露糖 D-mannose | + | 糖原 Glycogen | ‒ | D-甘露醇 D-mannitol | + |
L-山梨糖 L-sorbose | ‒ | 木糖醇 Xylitol | ‒ | D-塔格糖 D-(-)-tagatose | + |
L-鼠李糖 L-rhamnose | ‒ | D-土伦糖 D-toulon sugar | ‒ | D-岩藻糖 D-fucose | + |
甲基-β-D-吡喃木糖苷 Methyl-β-D-xylopyranoside | ‒ | 甲基-α-D-吡喃甘露糖苷 Methyl-α-D-mannopyranoside | ‒ | 甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷 Methyl-α-D-glucopyranoside | + |
N-乙酰葡萄糖胺 N-acetyl glucosamine | ‒ | 七叶灵柠檬酸铁 Esculin/ferric citrate | + | 5-酮基葡萄糖酸钾 5-Ketogluconate | ‒ |
D-龙胆二糖 D-gentiobiose | ‒ | 葡萄糖酸钾 Potassium gluconate | ‒ | 2-酮基葡萄糖酸钾 2-Ketogluconate | ‒ |
卫矛醇 Dulcitpl | ‒ | D-来苏糖 D-(-)-lyxose | ‒ |
图6 Bacillus velezensis XDY66的基因组圈图 从外到内第1和第4圈为正链、负链上的CDS,不同颜色表示不同的COG功能分类;第2和第3圈分别为正链、负链上的CDS、tRNA、rRNA;第5圈为GC含量,向外或向内分别表示该区域GC含量高于或低于全基因组平均含量,峰值越高表示与平均含量差值越大;第6圈为GC-Skew值,具体算法为G-C/G+C,可以辅助判断前导链和后滞链。
Fig. 6 Circular genome map of Bacillus velezensis XDY66 The first and fourth circles from the outside to the inside are CDS on the positive and negative chains,and different colors represent different COG functional classifications;The second and third circles are CDS,tRNA and rRNA on the positive and negative chains,respectively. The fifth circle is the GC content. The outward or inward direction indicates that the GC content in this region is higher or lower than the average content of the whole genome,and the higher the peak value indicates the greater the difference from the average content. The sixth circle is the GC-Skew value,and the specific algorithm is G-C/G+C,which can assist in judging the leading chain and the lagging chain.
图7 Bacillus velezensis XDY66的基因组同源聚类基因簇(COG)分析 A ~ Z 同图6。
Fig. 7 Homologous cluster(COG)analysis of Bacillus velezensis XDY66 A-Z are shown in Fig. 6.
贝莱斯芽孢杆菌 Bacillus velezensis | 基因组大小/Mb Genome size | rRNA基因 rRNA gene | 16S rRNA基因 16S rRNA gene | 23S rRNA基因 23S rRNA gene | 5S rRNA基因 5S rRNA gene | tRNA 基因 tRNA gene | 蛋白质编码序列(CDS)Protein coding sequences (CDS) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
XDY66 | 3.96 | 27 | 9 | 9 | 9 | 86 | 3 798 |
FZB42 | 4.19 | 27 | 9 | 9 | 9 | 87 | 4 452 |
SQR9 | 4.12 | 21 | 7 | 7 | 7 | 72 | 4 225 |
表2 Bacillus velezensis XDY66、FZB42和SQR9的基因组特征比较
Table 2 General genomes features of Bacillus velezensis XDY66,FZB42 and SQR9
贝莱斯芽孢杆菌 Bacillus velezensis | 基因组大小/Mb Genome size | rRNA基因 rRNA gene | 16S rRNA基因 16S rRNA gene | 23S rRNA基因 23S rRNA gene | 5S rRNA基因 5S rRNA gene | tRNA 基因 tRNA gene | 蛋白质编码序列(CDS)Protein coding sequences (CDS) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
XDY66 | 3.96 | 27 | 9 | 9 | 9 | 86 | 3 798 |
FZB42 | 4.19 | 27 | 9 | 9 | 9 | 87 | 4 452 |
SQR9 | 4.12 | 21 | 7 | 7 | 7 | 72 | 4 225 |
图8 Bacillus velezensis XDY66与Bacillus velezensis FZB42、SQR9的基因组共线性分析 颜色相同的方框表示共线区域,彩色线表示重排。
Fig. 8 Genome comparison of Bacillus velezensis XDY66 with B. velezensis FZB42 and B. velezensis SQR9 Boxes with the same color are represented the syntenic regions,rearrangements are shown by colored lines.
图9 Bacillus velezensis XDY66与B. velezensis FZB42、B. velezensis SQR9的基因组共有、特有的同源CDS基因数韦恩图
Fig. 9 Venn figure,number of common and endemic homologous CDS genes of Bacillus velezensis XDY66,B. velezensis FZB42 and B. velezensis SQR9
类型 Type | 位置/nt Site | 已知的最相似簇 Most similar known cluster | 相似度/% Similarity |
---|---|---|---|
非核糖体多肽 NRPS | 305 142 ~ 369 949 | 表面活性素 Surfactin | 82 |
非核糖体多肽,细菌反式酰基转移酶聚酮, β-内酯NRPS,transAT-PKS,β-lactone | 1 853 147 ~ 1 989 185 | 芬芥素 Fengycin | 100 |
非核糖体肽金属载体,非核糖体多肽,核糖体合成翻译后修饰肽 NRP-metallophore,NRPS,RiPP-like | 3 030 693 ~ 3 082 486 | 杆菌素 Bacillibactin | 100 |
反式酰基转移酶聚酮 transAT-PKS | 1 375 368 ~ 1 461 720 | 大环内酰亚胺H Macrolactin H | 100 |
反式酰基转移酶聚酮,Ⅲ型聚酮化合物,非核糖体多肽 transAT-PKS,T3PKS,NRPS | 1 685 218 ~ 1 785 941 | 芽孢杆菌烯 Bacillaene | 100 |
反式酰基转移酶聚酮 transAT-PKS | 2 314 107 ~ 2 407 886 | 达菲菌素 Difficidin | 100 |
其他 Other | 3 598 843 ~ 3 640 261 | 溶杆菌素 Bacilysin | 100 |
含硫环状多肽,偶氮唑肽 Thiopeptide,LAP | 583 059 ~ 612 175 | 基雅尼霉素 Kijanimicin | 4 |
聚酮相关 PKS-like | 918 969 ~ 960 213 | 布替罗星A/布替罗星B Butirosin A/butirosin B | 7 |
萜烯 Terpene | 1 045 092 ~ 1 062 425 | ||
萜烯 Terpene | 2 012 746 ~ 2 034 629 | ||
Ⅱ类羊毛硫肽 Lanthipeptide-class-ii | 1 182 592 ~ 1 211 481 | ||
Ⅲ型聚酮化合物T3PKS | 2 103 261 ~ 2 144 361 |
表3 Bacillus velezensis XDY66基因组包含的次生代谢产物基因簇AntiSMASH分析
Table 3 AntiSMASH analysis of secondary metabolite gene clusters of Bacillus velezensis XDY66
类型 Type | 位置/nt Site | 已知的最相似簇 Most similar known cluster | 相似度/% Similarity |
---|---|---|---|
非核糖体多肽 NRPS | 305 142 ~ 369 949 | 表面活性素 Surfactin | 82 |
非核糖体多肽,细菌反式酰基转移酶聚酮, β-内酯NRPS,transAT-PKS,β-lactone | 1 853 147 ~ 1 989 185 | 芬芥素 Fengycin | 100 |
非核糖体肽金属载体,非核糖体多肽,核糖体合成翻译后修饰肽 NRP-metallophore,NRPS,RiPP-like | 3 030 693 ~ 3 082 486 | 杆菌素 Bacillibactin | 100 |
反式酰基转移酶聚酮 transAT-PKS | 1 375 368 ~ 1 461 720 | 大环内酰亚胺H Macrolactin H | 100 |
反式酰基转移酶聚酮,Ⅲ型聚酮化合物,非核糖体多肽 transAT-PKS,T3PKS,NRPS | 1 685 218 ~ 1 785 941 | 芽孢杆菌烯 Bacillaene | 100 |
反式酰基转移酶聚酮 transAT-PKS | 2 314 107 ~ 2 407 886 | 达菲菌素 Difficidin | 100 |
其他 Other | 3 598 843 ~ 3 640 261 | 溶杆菌素 Bacilysin | 100 |
含硫环状多肽,偶氮唑肽 Thiopeptide,LAP | 583 059 ~ 612 175 | 基雅尼霉素 Kijanimicin | 4 |
聚酮相关 PKS-like | 918 969 ~ 960 213 | 布替罗星A/布替罗星B Butirosin A/butirosin B | 7 |
萜烯 Terpene | 1 045 092 ~ 1 062 425 | ||
萜烯 Terpene | 2 012 746 ~ 2 034 629 | ||
Ⅱ类羊毛硫肽 Lanthipeptide-class-ii | 1 182 592 ~ 1 211 481 | ||
Ⅲ型聚酮化合物T3PKS | 2 103 261 ~ 2 144 361 |
图10 Bacillus velezensis XDY66、FZB42和SQR9的次生代谢产物基因簇共线性分析 1 ~ 14分别是相应的次级代谢产物基因簇。1:表面活性素;2:偶氮唑肽;3:聚酮合酶相关;4:萜烯;5:Ⅱ类羊毛硫肽;6:大环内酰亚胺H;7:芽孢杆菌烯;8:芬芥素;9:萜烯;10:Ⅲ型聚酮化合物合酶;11:达菲菌素;12:杆菌素;13:溶杆菌素;14:萜烯。
Fig. 10 Collinearity analysis of secondary metabolite gene clusters of Bacillus velezensis XDY66,FZB42 and SQR9 Colinear regions are connected by black lines 1-14 are the corresponding secondary metabolite gene clusters. 1:Surfactin;2:LAP;3:Polyketide Synthase-Like;4:Terpene;5:Lanthipeptide-class-ii;6:Macrolactin H;7:Bacillaene;8:Fengycin;9:Terpene;10:Type III Polyketide Synthases;11:Difficidin;12:Bacillibactin;13:Bacilysin;14:Terpene.
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