从大麦根际分离的三株新型Duganella菌种的分类学鉴定及其低温适应机制研究

研究人员从日本大麦根际分离出三株革兰氏阴性菌R1T、R57T和R64T，通过多相分类学分析（包括16S rRNA基因测序、基因组ANI/dDDH计算及脂肪酸谱分析）证实其为Duganella属新种，命名为D. hordei、D. caerulea和D. rhizosphaerae。该研究揭示其4°C生长能力与冷适应基因相关，紫色菌株的violacein合成通路为植物-微生物互作提供新视角，发表于《Antonie van Leeuwenhoek》。

　　

研究背景与意义

在农业微生物组研究中，大麦根际微生物的认知远少于水稻、小麦等作物。日本特有的水稻-大麦轮作体系中，冬季大麦需适应低温潮湿环境，其根际微生物的生态适应机制亟待解析。研究人员发现大麦根际存在大量产紫色色素的细菌群落，经鉴定属于Duganella属——该属已知成员具有溶磷、抗病原菌等植物促生特性，但低温环境下的新种资源尚未开发。这项研究通过分离三株独特菌株，揭示其分类学地位和适应机制，为开发寒冷地区农业微生物制剂提供理论基础。

关键技术方法

研究采用多相分类学策略：①从大麦根际样本中分离菌株并通过R2A培养基纯化；②通过16S rRNA基因测序和全基因组测序（DNBseq平台）进行系统发育分析；③计算平均核苷酸同源性（ANIb）和数字DNA-DNA杂交（dDDH）值界定新种；④结合API 20NE和Biolog GENIII微孔板分析表型特征；⑤采用气相色谱分析脂肪酸组成；⑥通过低温生长实验和基因组注释验证冷适应机制。

研究结果

1. 菌株分离与系统发育定位

从大麦根际分离的R1^T（白色菌落）、R57^T和R64^T（紫色菌落）经16S rRNA基因比对，与D. violaceipulchra HSC-15S17^T相似度达99.10%-99.86%。基因组分析显示其大小为7.05-7.38 Mbp，GC含量64.2%-64.7%。关键指标R57^T与最近亲缘种D. vulcania FT81W^T的ANIb值为95.7%（低于种界阈值96.24%），dDDH值67.9%证实其为独立物种。

2. 表型与代谢特征

R64^T表现出群体感应调控的紫色素生成（含violacein合成基因簇vioABCDE），而R1^T缺乏该通路。Biolog分析显示R1^T和R64^T比亲缘种能利用更多糖类（如D-甘露糖），暗示根际适应优势。脂肪酸谱中R64^T的C16:1ω7c/C16:1ω6c（特征3）占比达41.1%，显著高于D. violaceipulchra（28.4%）。

3. 低温适应机制

所有菌株在4°C下生长，基因组注释发现2-3个冷休克蛋白基因和抗冻蛋白基因，R57^T独有的脂肪酸去饱和酶基因可能增强膜流动性。

结论与讨论

研究首次报道了适应大麦根际的Duganella新种：D. hordei（模式菌株R1^T）、D. caerulea（R57^T）和D. rhizosphaerae（R64^T）。其低温生长能力与基因组特征为寒冷地区作物微生物组工程提供候选菌株，violacein的群体感应调控机制为植物-微生物互作研究开辟新方向。值得注意的是，系统发育分析提示Massilia endophytica等物种可能需重新归类至Pseudoduganella属，这为Oxalobacteraceae科的分类学修订提供依据。该成果发表于《Antonie van Leeuwenhoek》，菌株保藏于NBRC和DSMZ菌种库（编号115982^T-115984^T）。