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植物病害严重影响全球农产品质量和产量，化学杀菌剂弊端诸多。研究人员对解淀粉芽孢杆菌 Lzh-5 开展基因组研究。结果发现其基因组特征及多种功能基因。该研究为农业生产应用提供理论依据。
在农业生产的大舞台上，植物病害一直是令农民们头疼不已的难题。它们就像隐藏在暗处的 “杀手”，悄无声息地侵蚀着农作物，严重影响农产品的质量和产量。长期以来，化学杀菌剂虽然在对抗植物病害中发挥了作用，但随着时间的推移，它的 “副作用” 逐渐显现。病原菌对化学杀菌剂产生了耐药性，食品安全受到威胁，人类健康也面临潜在风险，环境更是遭受了严重的破坏。在这样的困境下，寻找绿色、安全且有效的植物病害防治方法迫在眉睫，而利用拮抗微生物进行生物防治成为了农业领域研究的新热点。
德州大学的研究人员针对这一问题，将目光聚焦在了解淀粉芽孢杆菌（Bacillus velezensis）Lzh-5 上，对其进行了深入研究。他们通过一系列实验，成功解析了 Lzh-5 的基因组特征，并发现该菌株在促进植物生长和抑制病原菌方面具有巨大潜力。这一研究成果发表在《BMC Microbiology》杂志上，为农业生产中生物防治手段的应用提供了重要的理论依据。
研究人员开展此项研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先是细菌分离与培养，从德州的田间土壤中成功分离出菌株 Lzh-5，并在特定培养基上进行培养；其次是全基因组测序，利用 Illumina MiSeq 和 PacBio 测序平台测定 Lzh-5 的基因组序列；最后通过多种生物信息学软件对基因组进行注释、分析，包括预测编码序列（CDS）、各类 RNA 以及进行基因功能注释等 。
研究结果
- 基因组特征：解淀粉芽孢杆菌 Lzh-5 拥有一个 4,015,817 bp 的环状染色体，GC 含量为 46.0%，还有一个 8,933 bp 的环状质粒，GC 含量为 40.5%。共预测出 3,998 个基因，其中 3,881 个（97.07%）为编码 DNA 序列（CDSs）。通过 COG、GO 和 KEGG 注释，对基因功能进行了系统分类12。
- 系统发育与 ANI 分析：基于 16S rRNA、gyrB、rpoB 和 rpoD 管家基因构建的系统发育树，以及平均核苷酸同一性（ANI）分析，证实菌株 Lzh-5 属于解淀粉芽孢杆菌，且与 B. velezensis JS25R 进化关系密切3。
- 拮抗次级代谢产物的遗传基础：基因组分析显示，Lzh-5 基因组包含 13 个次级代谢产物基因簇，涉及非核糖体肽合成酶（NRPS）、聚酮合酶（PKS）等多种类型。其中一些基因簇与已知具有抗菌特性的化合物合成相关，还有一个独特的基因簇编码未知化合物，可能具有新的生物活性4。
- CAZymes 分析：Lzh-5 基因组中有 131 个基因编码碳水化合物活性酶（CAZymes），部分带有信号肽的酶可能为分泌酶，其中一些酶如 6 - 磷酸 - β - 葡萄糖苷酶、纤维素酶等，可能对抑制病原菌起到重要作用56。
- 与植物生长促进活性相关的基因：Lzh-5 基因组中存在众多与植物生长促进相关的基因，包括参与生物膜形成、趋化性、运动性、植物激素合成、氮代谢、磷溶解以及渗透压调节等过程的基因，这些基因共同作用，促进植物生长并增强植物对逆境的抵抗能力78。
- 比较基因组学分析：与其他四个近缘菌株（B. velezensis SQR9、B. velezensis FZB42、B. velezensis JS25R 和 B. amyloliquefaciens DSM7）比较发现，Lzh-5 的基因组大小、GC 含量等与部分菌株存在差异，且拥有一些独特基因，这有助于理解其独特的生物学特性9。
研究结论与讨论
综合基因组和比较基因组分析，研究人员确定 Lzh-5 为解淀粉芽孢杆菌，它拥有 13 个与次级代谢产物相关的假定基因簇，以及众多促进植物生长的基因。与其他菌株相比，Lzh-5 的独特基因簇可能有助于发现新型生物活性化合物，拓宽其抗菌谱。此外，Lzh-5 在根际定殖、诱导植物系统抗性和缓解非生物胁迫方面的潜在能力，使其成为一种极具潜力的促进植物生长和防治植物病害的生物制剂。
这项研究从遗传层面揭示了解淀粉芽孢杆菌 Lzh-5 的抗菌和促植物生长机制，为其在农业生产中的广泛应用奠定了坚实的理论基础。未来，有望基于这些发现，开发出更加高效、环保的生物肥料和生物农药，为可持续农业发展注入新的活力。
