植物保護またはプロバイオティクスとして使用される4つのBacillus velezensis株の遺伝的、エピジェネティック、および表現型の多様性

Bacillus velezensis株は、生態学的に安全な生体農薬、植物の成長を促進する植物成長（PGPR）、および獣医のプロバイオティクスとして適用されます。それらは、土壌、植物、海洋生息地、腸の微小塩素などを含むさまざまな環境で豊富です。この適応可塑性と生物活性の根底にあるメカニズムはよく理解されていません。。この作業の主な目的は、将来の研究でモデル生物として機能するのに適した選択されたB. velezensis株の生物活性とライフスタイル戦略の汎用性を実証することでした。ここでは、異なる表現型と分離起源を持つ4つのB. velezensis分離株の新たに配列決定されたゲノムの比較研究を実施しました。これは、根の滲出液刺激の効果と染色体DNAのエピジェネティックな修飾によってプロファイルされるRNA配列決定によって評価されました。選択された株の中で、UCMB5044は、栄養貧しい砂漠の土壌に適応した乏栄養PGPR株です。UCMB5113およびAT1は、植物に定着し、栄養豊富な培地を必要とする内生菌です。対照的に、プロバイオティクス株であるUCMB5007はコピオトロです。これは植物を植民地化する傾向を示していません。PacbioおよびIlluminaシーケンスアプローチを使用して、完全なゲノムアセンブリを生成し、エピジェネティックな修飾を追跡し、遺伝子発現プロファイルを決定しました。すべてのシーケンスデータはNCBIに堆積しました。株であるUCMB5113およびAT1は、地理的に遠い領域から分離されているにもかかわらず、99％の配列同一性と同様の表現型を示しています。UCMB5007およびUCMB5044は、ほぼ同一のゲノムがありますが、表現型と植物のコロニー形成の傾向を持つ別の生物の別のグループを表しています。2つの植物関連株、UCMB5044およびUCMB5113は、トウモロコシの根の滲出液への暴露によって活性化される根コロニー形成に推定的に関連する398の遺伝子を共有します。対照的に、UCMB5007は根滲出刺激に反応しませんでした。グローバルなメチル化パターンと他のいくつかのエピジェネティックな修飾の変化により、株の異なる生息地への適応が可能になるため、これらの細菌のバイオテクノロジーの適用性の観点から重要である可能性があると仮定されました。それどころか、栄養素の唯一の供給源または植物病原体に対する強い拮抗作用としての根の滲出液で成長する能力は、in vitroで示された植物病原体に対する強い拮抗作用をPGPR活性の良い予測因子と見なすことはできません。

Bacillus velezensis strains are applied as ecologically safe biopesticides, plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), and in veterinary probiotics. They are abundant in various environments including soil, plants, marine habitats, the intestinal micro-flora, etc. The mechanisms underlying this adaptive plasticity and bioactivity are not well understood, nor is it clear why several strains outperform other same species isolates by their bioactivities. The main objective of this work was to demonstrate versatility of bioactivities and lifestyle strategies of the selected B. velezensis strains suitable to serve as model organisms in future studies. Here, we performed a comparative study of newly sequenced genomes of four B. velezensis isolates with distinct phenotypes and isolation origin, which were assessed by RNA sequencing under the effect of root exudate stimuli and profiled by epigenetic modifications of chromosomal DNA. Among the selected strains, UCMB5044 is an oligotrophic PGPR strain adapted to nutrient poor desert soils. UCMB5113 and At1 are endophytes that colonize plants and require nutrient rich media. In contrast, the probiotic strain, UCMB5007, is a copiotroph, which shows no propensity to colonize plants. PacBio and Illumina sequencing approaches were used to generate complete genome assemblies, tracing epigenetic modifications, and determine gene expression profiles. All sequence data was deposited at NCBI. The strains, UCMB5113 and At1, show 99% sequence identity and similar phenotypes despite being isolated from geographically distant regions. UCMB5007 and UCMB5044 represent another group of organisms with almost identical genomes but dissimilar phenotypes and plant colonization propensity. The two plant associated strains, UCMB5044 and UCMB5113, share 398 genes putatively associated with root colonization, which are activated by exposure to maize root exudates. In contrast, UCMB5007 did not respond to root exudate stimuli. It was hypothesized that alterations in the global methylation pattern and some other epigenetic modifications enable adaptation of strains to different habitats and therefore may be of importance in terms of the biotechnological applicability of these bacteria. Contrary, the ability to grow on root exudates as a sole source of nutrients or a strong antagonism against phytopathogens showed by the strains in vitro cannot be considered as good predictors of PGPR activities.