重金属（HMs）已成为威胁生态系统和人类健康的主要环境污染物。尽管超富集植物为HMs生物修复的方案之一，但会受到其生物量、生长速度及HM毒性的限制。具有HM耐受性的PGPB（植物生长促进细菌）——芽孢杆菌PGP15是从镉超富集植物龙葵Solanum nigrum的根际中分离出来的。基于对芽孢杆菌PGP15的研究，提高了对HMT-PGPB与植物互作的理解，促进了HMT-PGPB在HM污染土壤的植物修复中的应用。AG代理基因参与了细菌完成图的测序分析工作。

英文标题：Enhancing the Phytoremediation of Heavy Metals by Combining Hyperaccumulator and Heavy Metal-Resistant Plant Growth-Promoting Bacteria

中文标题：结合超富集植物与抗重金属植物促生菌加强对重金属的植物修复

发表期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子：6.627

发表时间：2022年06月02日

1. PGP15的鉴定及其耐镉性

基于16S rRNA基因序列的比较，PGP15与B. wiedmannii FSL W8-0169呈99.11%的相似性。基于16S的系统发育分析表明，PGP15聚集在由维德曼芽孢杆菌、真菌芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌组成的组中。表明PGP15可归为芽孢杆菌属。

随着Cd浓度的增加，PGP15的生长逐渐受到抑制。测定了Cd对菌株生长的抑制作用，LD25、LD50和MIC分别为0.08、0.16和0.31mM。

2. PGP15促进Cd胁迫下的植物生长

将PGP15接种到Cd污染的S. nigrum根际土壤中。与未接种的对照植株相比，接种植株的芽长度、鲜重和干重增加了29.19%、67.36%和24.28%。

与对照相比，接种植物的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别提高了49.53%、64.31%和45.04%。同时GP15接种的龙葵中的光合作用速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间CO2浓度分别增加了39.63、32.69、21.62和23.37%。

接种PGP15增加了根中Cd浓度，同时接种根中的Cd积累高于未接种根。在PGP15中检测到PGPB的多种植物生长促进特性：能产生铁载体和有机酸，具有固氮能力，但不能产生IAA或溶解磷酸盐，还具ACC脱氨酶活性。说明PGP15改善了Cd胁迫下的植物生长。

3. PGP15基因组组装和注释

PGP1菌株的基因组包含一个环状染色体和两个环状质粒，染色体长度为5,318,931bp，平均G+C含量为35.5%。基因组总共编码了6,124个基因，检测到42个rRNA和106个tRNA。

根据三个主要的GO类别，与ATP结合、DNA结合和金属离子结合相关的基因在分子功能类别中是最丰富的；在细胞成分中，与质膜、膜的组成部分和细胞质相关的基因最丰富；在生物过程类别中，与孢子形成相关的基因、细胞壁组织和转录调控是最丰富的。

4. 比较基因组分析

PGP5与维德曼芽孢杆菌SR52、蜡状芽孢杆菌BC33或蕈状芽孢杆菌BPN36/3之间的ANIb值分别为93.38、90.96和89.12%；具有94.10、91.72和90.21%的ANIm同一性。PGP15基因组与B. wiedmannii SR52的同线性最高，这与ANI和系统发育树的结果一致。

共有5,471个直系同源组（OG，含19,962个基因），大多数OG 为共享的保守核心组，有41个OG为PGP15特有。针对这41个OG进行GO注释，发现生物过程中DNA重组、DNA整合、转座和DNA介导的基因更丰富，推测其参与了TE。金属离子结合在分子功能中较丰富，质膜和膜的组成成分在细胞成分中较丰富，表明其可能在跨质膜的金属运输中起作用。

本研究测试了PGP15改善植物生长和减轻植物中Cd胁迫的能力。此外进行PGP15的全基因组比较基因组分析探索HMT-PGPB促进植物生长的分子机制。提高了对HMT-PGPB与植物之间互作的理解，促进了HMT-PGPB在HM 污染土壤的植物修复中的应用。

参考文献：

Zhang Y, et al., Enhancing the Phytoremediation of Heavy Metals by Combining Hyperaccumulator and Heavy Metal-Resistant Plant Growth-Promoting Bacteria. Frontiers in Plant Science. 2022.