重大突破:全球第一组以中国企业名称命名的生物菌种诞生

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重大突破:全球第一组以中国企业名称命名的生物菌种诞生

2024-07-07 02:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

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微生物是生物圈中多样性最丰富的生物类群。目前,我国微生物菌种数量已达4万多株,为生命科学研究和生物技术创新提供可持续、稳定的研究资源。据了解,自2018年1月开始,IJSEM要求新种的发布需要提供基因组测序数据。IJSEM作为微生物系统分类的国际权威期刊,依照1990年版《国际细菌命名规则》(The International Code of Nome-nclature of Bacteria,ICNB)提出合格发表(valid publication)的要求,原核生物的新分类必须经IJSEM杂志发表描述或经其认可列入Validation List才被认可为合格发表(valid publication),其命名才能正式被认可合乎命名法则。

不仅如此,广西健地宝生物科技有限公司实现了又一重大技术突破:全球第一组以中国企业名称命名的生物菌种:健地宝芽孢八叠球菌(Sporosarcina jiandibaonis)诞生。菌株分类学研究已发表在国际系统和进化微生物学杂志中(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology),它是新原核生物分类的官方记录期刊,是国际原核生物系统学委员会和国际微生物学会联合会细菌学和应用微生物学司的正式出版物。国际原核生物系统学委员会(International Committee on Systematics of Prokaryotes,以下简称为“ICSP”)是一个由微生物学家和分类学专家组成的组织,他们负责维护国际原核生物命名法规。经过200余年的研究和实践,人类发现并命名了原核生物的许多分类单元,其间又有许多分类单元经过整理、重新划分、合并和废弃。截至目前,已经发现的原核生物约有1200个属。8000余个种。原核生物系统学涉及对原核生物的分离、描述、鉴定、分类、命名和菌种的保藏等内容。国际微生物学会联合会(International Union of Microbiology Societies,以下简称为“IUMS”)是一个国际性的非政府和非营利性科学组织,于1927年创建于比利时布鲁塞尔。IUMS曾于1967年起隶属国际生物科学联盟(IUBS),1980年成为独立的国际科技组织,并于2005年加入国际科学理事会(ISC)。IUMS汇集了全球40多个国际科学联盟和协会以及140多个国家及地区的科学组织、学术社团和研究理事会,是世界上最大的科学组织之一。IUMS致力于促进对微生物学知识研究和知识资源的科学利用,特别是在生物安全和生物安全领域倡导全人类开展合乎道德和公理的研究与培训活动,以防止将微生物用作生物武器,保护公众健康并促进世界和平。同时,IUMS还与联合国(UN)、联合国教科文组织(UNESCO)、世界卫生组织(WHO)、国际自然保护联盟(IUCN)等国际组织保持联系。菌株种属名称已收录在原核生物标准命名列表中(List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature,LPSN),LPSN是由Jean P.Euzéby于1997年创建原核生物的系统分类学的免费服务网站,收录了有关原核生物的全面信息,并由德国微生物菌种保藏中心(DSMZ)的定期扩充、更新LPSN数据库信息。原核生物的系统分类学研究中,原核生物的命名参考和依据国际细菌命名法(The International Code of Nomenclature of Bacteria),国际原核生物命名法(International Code of Nomenclature of Prokaryotes)。

菌株LAM9210分离于山东陵县盐渍土改良实验小区中,经当地的微碱水灌溉、有机肥和菌剂改良后的盐渍土壤中微生物种类显著高于未改良的盐渍土。为了了解试验地中土壤微生物类群的数量及种群结构特征,通过可培养方法分离其中的微生物,并对其中具有潜力的功能菌株进行分析研究。

健地宝芽孢八叠球菌Sporosarcina jiandibaonis(jian. di. bao'nis. N.L. gen. n. jian-dibaonis,由中国健地宝生物技术公司形成,针对该物种联合中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,进行了分类学鉴定,并深入探究菌株潜在功能特性的研究。公司与资划所耕地质量保育研究室建立重大战略伙伴关系,并创建了先进的联合实验室,开展功能微生物资源发掘、分类、评价与利用研究工作。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所作为国家基础科研单位,面向农业资源与环境领域的世界农业科技前沿、国家重大需求与现代农业建设主战场,解决重大科技问题,提供产业发展必需的科技支撑。中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)是依托资划所的专业从事农业微生物保藏管理的国家级公益性机构,现库藏各类农业微生物资源两万余株,每年为150余家企业,200多家高校和科研院所提供1500余株次的菌种服务,支撑了我国农业生物产业发展与科研进步。耕地质量保育研究室以营养转化、污染修复、盐碱改良等耕地质量保育为目的,贯彻实施“藏粮于地、藏粮于技”战略,通过轮作/休耕,调整粮食种植面积;提高土壤地力,储存粮食生产能力于地;通过科技进步和接续,适应粮食市场变化;涵养土壤(soil quality conservation),实现土壤健康;推广优良品种实现种植科学;提高粮食单产和生产效率。阮志勇课题组一直致力于土壤质量微生物涵养与修复方面的研究,在目前的养分活化(固氮、解磷钾等)和有机物料腐熟的基础上,提出了功能微生物种子包衣技术、连作障碍防治、残留除草剂降解等关注的技术与产品研发方向。即是土壤障碍问题的消除、土壤健康的维护、以及我国农业可持续发展,均需要使用微生物土壤修复(改良/调理)制剂等功能特色产品。

针对生物菌种:健地宝芽孢八叠球菌(Sporosarcina jiandibaonis),利用KOMODO数据库,对该菌株的基因序列分析与功能挖掘,具体如下:

生物矿化:菌株具有碳酸钙生物矿化形成的“超强能力”,利用其高产脲酶的特性进行高效的生物矿化,已经被成功地应用于沙石、土壤等生物固化中;其也可用于制取硫酸镁和生产钙镁磷肥,应用于环保、节能、农业等领域。菌株LAM9210具有脲酶基因UreD、E、F、G等编码了降解尿素所必需的几种辅助蛋白质。

生物矿化防沙固沙技术

菌株的脲酶UreD、E、F、G基因

有机污染物降解:菌株具有有机污染物微生物降解特性,如咔唑等含氮杂环芳香族化合物,可有效消减土壤和河流湖泊沉积物中的有机污染物,彻底分解成二氧化碳和水,无二次污染。其中包含有bphC等相关污染物降解基因。

有机污染的河流

菌株芳香族污染物降解bphC基因

重金属固化:在好氧条件下,利用菌株固化胶结含重金属污泥特性,结合尿素以及氯化钙的催化作用,在一定条件下,通过该菌株产脲酶生成碳酸钙沉淀以固定胶结污泥中的重金属,达到污泥重金属的无害化处理。

重金属污染的环境

健地宝芽孢八叠球菌在环境治理、土壤修复、有机污染物降解、重金属无害化处理方面具有较大的应用潜力,且菌株来源于土壤,无病原性,无二次污染,具有较好的环境友好性。

我国微生物菌种保藏尚需扩大多样性、改进培养技术、提升研究水平,保藏菌种的功能评价有待进一步发展。作为中国保藏量最大、世界排名前十的保藏中心,中科院微生物所中国普通微生物菌种保藏管理中心,除了微生物菌种的保藏,还着力发展微生物菌种的共享及应用。

广西健地宝生物科技有限公司,致力于打造土壤修复,土壤增值的高新技术企业,依托国家微生物肥料技术研究推广中心、国家高新技术产业化项目示范工程、中国农科院微生物研究所等国内权威科研机构,帮助农民增收,促进农业发展,提供有竞争力、安全可信赖的产品、服务与解决方案,持续为客户创造价值,携手打造健康生态农业。

附件1

健地宝芽孢八叠球菌(Sporosarcina jiandibaonis)-特征特性信息

菌株为专性好氧菌,革兰氏染色阳性,产孢,细胞呈杆状,宽0.5-0.8 µm,长2.0-3.5 µm。通过极性单一鞭毛运动。在30 °C下培养3天后,TSA上的菌落略微不规则,呈浅棕色。生长的温度范围为10至40 °C(最佳温度为30 °C)。生长的pH范围为pH 6.0至10.0(最适pH 9.0)。生长的NaCl浓度范围为0-6.0%(最适为0.5%)。氧化酶和过氧化氢酶呈阳性。根据API酶系统实验结果表明,酯酶脂肪酶(C8)、亮氨酸芳基酰胺酶和萘酚-AS-BI-磷酸水解酶,脲酶呈阳性。其中API 50CH实验中,能利用D-来苏糖、N-乙酰氨基葡萄糖、苦杏仁苷、水杨酸和纤维二糖产酸。化学特征中菌株LAM9210与其近缘关系的模式菌株的脂肪酸组成较类似(表2),主要为饱和脂肪酸,包括anteiso -C15:0(47.5%),iso-C14:0(12.8%),iso-C16:0(9.2%),iso-C15:0(8.2%)和anteiso-C17:0(7.2%),在具体含量上,不同种类微生物略有差异;差异还表现在微量脂肪酸成分及其含量上。细胞壁氨基酸中鉴定出甘氨酸、赖氨酸、丙氨酸和谷氨酸。其所含的呼吸醌为甲基萘醌(Menaquinone 7,MK-7)。主要极性脂质为双磷脂酰甘油、磷脂酰甘油和一种未知磷脂。

基于16S rRNA基因序列的邻接树

上图显示了菌株LAM9210T及其相关分类群之间的系统发育关系,引导值(高于50%)以1000个重复的百分比显示,Bar,每个核苷酸位置0.005个替换。

基于使用UBCG版本3.0管道重建的核心基因组树

菌株LAM9210T和密切相关菌株的系统基因组树显示,NCBI GenBank中提供了密切相关分类群的基因组;以类芽孢八叠球菌属和嗜冷杆菌属的模式种为外群;使用1000个重复进行引导分析;百分比引导值(>50%)在分支点给出;Bar,每个位置0.05个替换。

附件2

健地宝芽孢八叠球菌(菌株LAM9210)-基因组信息

菌株LAM9210的基因组序列草图为3.63 Mbp,包括25个N50值为486 258个编码序列的重叠群,已在NCBI GenBank中保存,登录号为JAAOIY000000000。菌株LAM9210的DNA G+C含量为40.4 mol%,平均测序深度为432.44,有11467844个原始读数,平均长度为34710.56 bp,由此鉴定出3742个编码序列和67个编码tRNA的序列。菌株LAM9210及其相关菌株的系统发育树(基于92个看家核心基因的全基因组序列)表明,菌株LAM9210代表了一个属于芽孢八叠球菌属的新物种,并与巴氏杆菌NCTC 4822T(=NCIMB 8841)形成了一个紧密的系统发育谱系。菌株LAM9210T(NCBI登录号JAAOIY000000000)和密切相关的巴氏杆菌NCTC 4822T(NCBI登录号UGYZ00000000)之间的ANI和AAI值为73.6%,低于物种划分的阈值95.0–96.0%,两个菌株之间的AAI检测值为73.2%。菌株LAM9210和巴氏杆菌NCTC 4822之间DDH值为20.6%。此外,菌株LAM9210与参考种的芽孢八叠球菌属间的DDH、ANI和AAI值分别为18.5-33.6%、67.4-73.6%和54.5-73.2%,与类芽孢八叠球菌属和嗜冷杆菌属物种对应的ANI和AAI值分别低于70%和62%。

表1 芽孢八叠球菌属菌株LAM9210及其相关参考菌株的差异特征

菌株:1、LAM9210T;2、巴氏杆菌CGMCC 1.3687T;3、S. siberiensisCGMCC 1.12516T;4、S. terraeKACC 18822T。所有菌株均在相同的培养基和生长条件下培养。G+C含量值取自基因组,除非另有说明。符号:+,正;−,消极;w,反应微弱。

表2 菌株LAM9210与Sporosarcina属中近缘模式菌株的细胞脂肪酸分析

菌株:1、LAM9210T;2、巴氏杆菌CGMCC 1.3687T;3、S. siberiensisCGMCC 1.12516T;4、S. terraeKACC 18822T。所有数据均来自本研究。所有菌株均在相同的培养基和生长条件下培养。所有菌株中



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