非盐环境嗜盐菌JSM 1682029及其相关属种的系统发育和耐盐相关基因簇分析

摘要

为了阐明分离自张家口沙城(40°26′～40°27′N, 115°18′～115°20′E; 540～542 m)非盐性土壤的轻度嗜盐革兰氏阳性芽孢杆菌JSM 1682029与其密切相关属种的系统发育关系,采用16S r RNA基因序列分析法初步了解实验菌株的系统发育地位,基于基因组框架图进行系统分类特征比较,以更为准确地判定其系统分类地位。此外,为了探测其耐盐相关基因簇的组成和功能,采用antiSMASH 7.0、BLASTN、BLASTP和Mega 11等多种生物信息学工具进行次级代谢产物合成基因簇(secondary metabolite biosynthetic gene cluster, BGC)的快速鉴定、功能注释和序列比对。基于16S r RNA基因序列的系统发育分析结果显示,菌株JSM 1682029与芽孢杆菌科(Bacillaceae)的3个属(Aquibacillus、Sediminibacillus和Thalassobacillus)关系密切,与其中沉积物芽孢杆菌属(Sediminibacillus)的3个已知物种(S. terrae, 99.73%; S. halophilus, 99.65%; S. dalangtanensis, 99.39%)典型菌株的相似性超过了原核生物物种界限阈值98.65%,且这4个菌株在系统进化树上紧密相聚。基于基因组的系统分类特征比较结果明确显示,该菌株属于沉积物芽孢杆菌属,为土壤沉积物芽孢杆菌(S. terrae)的成员。基因簇分析结果显示, JSM 1682029及其3个密切相关属的16个已知物种典型菌株共有66个BGC,涵盖13大类、20个功能亚类,分布较广泛的为四氢嘧啶(ectoine)合成基因簇、Ⅲ型聚酮合酶(typeⅢpolyketide synthase, T3PKS)基因簇和β-内酯(β-lactone)基因簇; JSM 1682029和15个典型菌株各含有1个与耐盐功能直接相关的四氢嘧啶合成基因簇,为相容性溶质四氢嘧啶生物合成基因簇,这些基因簇具有较突出的功能新颖性和较高的遗传多样性,且其核心基因的遗传演化模式与这些菌株16S r RNA基因的系统发育模式基本一致。上述结果表明:1)分离自张家口非盐性土壤的轻度嗜盐革兰氏阳性芽孢杆菌JSM 1682029为土壤沉积物芽孢杆菌的新成员; 2)菌株JSM 1682029及其相关属的绝大多数物种(1个例外)均含有四氢嘧啶合成基因簇,该基因簇具有较高的遗传多样性和突出的功能新颖性,具有较大的产生新颖多样相容性溶质四氢嘧啶的潜力,且其核心基因的遗传演化模式与这些菌株16S r RNA基因的系统发育模式存在高度正向关联。总之,菌株JSM 1682029为一株分离自非盐环境、具有产生四氢嘧啶潜力的嗜盐芽孢杆菌,其耐盐机制、次级代谢功能和生物技术潜力值得进一步探索。

关键词

非盐环境 / 嗜盐菌 / 系统发育 / 耐盐相关基因簇 / 遗传演化