随着高通量测序技术的发展，通过基因组测序和组装获得细菌全基因组序列信息及功能信息已经成为微生物研究领域中的一大重要手段。本期针对细菌基因组研究，为大家介绍 吉林农业大学、浙江大学、中国农业科学院蔬菜和花卉研究所的合作伙伴在《Journal of Hazardous Materials》《Science of the Total Environment》《Frontiers in Microbiology》 期刊上发表的多项研究成果。奥维森科技在这三项研究中提供了细菌全基因组测序和分析服务。
下面，由小奥带大家一起来看看这三篇精彩的文章吧！
第一篇
蜡样芽孢杆菌LZ01对金霉素的降解性能、降解途径及可能涉及的基因
合作单位
吉林农业大学
期刊
Journal of Hazardous Materials
IF
14.224
研究背景
金霉素（CTC）是一种具有广谱抗菌活性的四环素类抗生素，已广泛应用于世界各地的畜牧业，而畜禽对CTC的低吸收和利用导致大约70-90%的CTC作为排泄物进入环境。抗生素在环境中的持续积累导致抗生素耐药菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARGs）的产生，可能对公共健康和生态系统构成潜在威胁。微生物降解是一种廉价、安全和有效的去除CTC的方法。
本研究从牛粪中分离到一种新型CTC降解蜡样芽孢杆菌LZ01。采用响应面法分析了蜡样芽孢杆菌LZ01降解CTC的最佳条件。研究了菌株LZ01的胞内酶和细胞外酶对CTC的降解作用。测定了生物降解产物，对其毒性进行了评价，并提出了可能的生物降解途径。最后对菌株LZ01的基因组进行分析，以揭示与CTC降解过程相关的功能基因，并为深入了解CTC的降解机制提供了思路。
测序平台
PacBio Sequel
样本采集与处理
从长春的一个农场取一定数量的新鲜牛粪，CTC长期被用作饲料添加剂，将牛粪保存在4℃的冰箱中作为原料进行进一步研究。将筛选出的10 g材料加入到含20 mg/L CTC的MM培养基中培养，用于牛粪中富集CTC降解菌。富集驯化后，将富集培养物置于LB琼脂平板上，在30℃的黑暗中培养。在孵育结束时，挑单菌落，获得能够以CTC为唯一碳源的优势菌落。最后，将分离的单个菌落在含有CTC的新鲜MM培养基中培养，以检测其生物降解性。选择一株CTC降解能力高的菌株LZ01进行细菌全基因组测序研究分析。
研究成果
研究结论
(1)使用富集技术分离了能够有效降解牛粪中CTC的蜡状芽孢杆菌LZ01菌株。响应面法用于确定菌株LZ01能够实现最大CTC去除（83.58%）的优化条件：温度为33.77℃，溶液pH值为7.59，CTC浓度为57.72mg/L，微生物接种量为0.98%。
(2)LZ01降解CTC产物的毒性低于母体化合物，CTC的生物降解是胞内酶和胞外酶的协同作用，胞内酶对CTC的降解效果更好（77.56%）。
(3)菌株LZ01中与开环水解、去甲基化、脱氨基和脱氢相关的基因可能参与了CTC的生物降解。通过LC-MS分析鉴定了七种可能的生物降解产物，并提出了可能的生物降解途径。
参考文献
Zhang SN,Wang JH. Biodegradation of chlortetracycline by Bacillus cereus LZ01: Performance,degradative pathway and possible genes involved[J]. Journal of hazardous materials, 2022,434:128941.
第二篇
单链和双链季铵化合物引起抗生素耐药的分子机制
合作单位
浙江大学
期刊
Science of the Total Environment
IF
10.753
研究背景
自新冠肺炎大流行爆发以来，季铵化合物（QACs）作为消毒剂的使用急剧增加，导致潜在的抗生素耐药性加速出现。长期暴露于亚抑制水平的QACs可导致多药耐药性，但突变对耐药性演变的贡献尚不清楚。
本研究在苯扎氯铵（BAC，单链）或二十二烷基二甲基氯化铵（DDAC，双链）的抑制或亚抑制浓度作用下对大肠杆菌K-12进行了传代培养，并对大肠杆菌的表型和基因型进行了表征。通过全基因组测序鉴定菌种突变情况，评价菌种的抗生素耐药稳定性，这项研究的结果预计将大大提高目前对QACs引起的抗生素耐药性的认识。
测序平台
Illumina HiSeq PE 150
样本采集与处理
抗性最高的突变体和未处理的WT大肠杆菌在5mL液体LB中培养，温度为37℃，150rpm。采用TIANamp细菌DNA试剂盒提取基因组DNA，用于后续的细菌全基因组测序研究分析。
研究成果
研究结论
(1)与单链BAC相比，双链DDAC在大肠杆菌中的抗生素耐药性水平较高。
(2)赋予QAC诱导的抗生素耐药性的突变基因与负调节因子（ acrR、marR、soxR、crp ）、细胞膜合成和转运蛋白（ mipA 、 sbmA ）和RNA聚合酶（ rpoB 、 rpoC ）相关，可能导致高多药耐药性。
(3)去除QACs应力后，亚抑制浓度QACs诱导的表型耐药性是可逆的，而抑制浓度QAC诱导的表型耐药性是不可逆的。
参考文献
Jia Y, Lu HJ, Zhu LZ. Molecular mechanism of antibiotic resistance induced by mono-and twin-chained quaternary ammonium compounds[J]. Science of the total environment, 2022, 832: 155090.
第三篇
一种新型植物生长促进根瘤菌 Rahnella aceris ZF458的比较基因组学功能鉴定
合作单位
中国农业科学院蔬菜和花卉研究所
期刊
Frontiers in Microbiology
IF
6.064
研究背景
Rahnella 是一种革兰氏阴性、杆状、兼性厌氧细菌，广泛分布于各种环境中，具有预防和控制植物病害或促进植物生长的有益特性。许多 Rahnella 菌株会以不同的方式保护植物免受各种植物致病生物的影响。
本研究从沼泽土壤中分离出对多种植物病原菌具有广泛拮抗活性的 R. aceris ZF458。通过系统发育分析、ANI和DDH分析，确定了ZF458的分类位置以及与 R. aceris SAP-19
和其他 R. aquatilis 菌株的关系。对ZF458的全基因组进行测序、注释，并与其他广泛报道的 Rahnella 菌株HX2、ZF7、Y9602和ATCC 33071T的基因组进行比较，利用比较基因组分析，揭示了参与生物防治因子和环境适应的各种基因。这些数据为深入了解植物生长促进机制，并提高ZF458的生物防治应用奠定了基础。
测序平台
PacBio RS II
样本的采集与处理
菌株ZF458在28℃的NB培养基中振荡培养24h。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察菌株ZF458的形态。采用TIANamp细菌DNA试剂盒提取菌株ZF458的基因组DNA，用于后续菌株的全基因组测序研究。
研究成果
研究结论
(1)从沼泽土壤中分离得到的 Rahnella aceris ZF458，对14种不同植物病原菌具有广谱拮抗活性。
(2)全基因组分析和系统发育分析表明，菌株ZF458属于 R. aceris ，并且与 R. aquatilis 关系密切。比较基因组分析表明， R. aceris ZF458含有许多与固氮、氨基乙酸（IAA）的产生、有机磷酸盐的溶解、有机酸的生物合成相关基因。
(3)在ZF458基因组中发现了大量与环境适应相关的基因。ZF458与 Rahnella 菌株 ZF7, HX2, Y9602 和ATCC 33071T之间存在高度的同源性。ZF458的这些特性有助于研究水稻植物的生长促进和生物防治。
参考文献
Xu S, Zhao Y, Peng Y, Shi Y, Xie X, Chai A, Li B, Li L. Comparative Genomics Assisted Functional Characterization of Rahnella aceris ZF458 as a Novel Plant Growth Promoting Rhizobacterium. Front Microbiol. 2022 Apr 4;13:850084.