● 摘要
乌头(Aconitum carmichaeli Debx.)为毛茛科(Ranunculaceae）乌头属(Aconitum L.)一年生草本植物，主根名为乌头，侧根名为附子，是一种常见中药材。附子具有抗炎镇痛、降糖强心、抗癌等功效，并且对于心血管疾病以及神经系统疾病具有明显效果。内生细菌是一类存在于植物生活史中某一阶段，且不会引起宿主植物明显病症或造成明显伤害的微生物，其能促进宿主植物生长、增强植物的抗逆性、促进植物有效成分的积累，植物内生菌与宿主植物通过共生关系组成了一个不可分割的整体。本研究从处于各个生长阶段的乌头不同部位分离到了一株对小麦具有显著促生作用的内生菌。该菌株为Herbaspirillum sp.的细菌，是一株潜在的促生菌。但是该菌株对宿主的促生作用机制尚不清楚。因此我们对其进行了基因组与比较基因组学分析，重点分析了该菌株的固氮基因及与促生作用相关的基因，以期为更好的开发利用该菌株奠定理论基础。
1. 内生菌的分离鉴定与促生作用
本研究通过分离不同生长阶段的乌头的不同部位，获得了30株乌头内生细菌和26株乌头内生真菌，并对所有菌株进行分子鉴定。选择能够在不同生长阶段和不同部位分离到的一株内生菌Herbaspirillum sp. Aconite 5-28，分别采用刺伤法和灌根法将含有RFP基因的Herbaspirillum sp. Aconite 5-28接种到乌头、玉米和小麦中，结果表明Herbaspirillum sp. Aconite 5-28分别提高了玉米和小麦株高的15.79%和39.18%，同时增强了玉米与小麦根系活力的165.36%和104.11%，说明Herbaspirillum sp. Aconite 5-28对禾本科植物的生长具有极大的促进作用。
将Herbaspirillum sp. Aconite 5-28定殖进乌头1个月后，以该菌株的保守区和导入的RFP基因为模板，设计引物并通过PCR技术检测该菌在植物体内的转移情况。结果表明，Herbaspirillum sp. Aconite 5-28能够从植物的根部转移到茎和叶中，并能在茎和叶中稳定定殖。
2. Herbaspirillum sp. Aconite 5-28的基因组学与比较基因组学研究
采用Illumina Miseq平台进行，对Herbaspirillum sp. Aconite 5-28进行全基因组测序(测序深度100×)。获得2.8Gb数据量，覆盖度达到496倍。其基因组基本信息如下：基因组大小为5,868,773bp，不含质粒，GC含量为62.5%，5129个ORF，片段重叠后得到47个Scaffolds。
COG分析表明，Herbaspirillum sp. Aconite 5-28的功能基因主要集中在基础代谢、能量代谢和信号转导方面。KEGG分析发现共有259个ORF参与了膜蛋白的转运过程，同时还含有合成具有生物活性的萜类化合物基因，如具有促生作用的玉米素、柠檬烯、香叶醇等和能够增强植物抗逆性的新生霉素、链霉素、头孢菌素等。而基因组中所包含的趋药性基因和鞭毛基因以及大量的双组份系统相关基因使得Herbaspirillum sp. Aconite 5-28具有更强的适应性。
而比较基因组学研究发现Herbaspirillum sp.与固氮螺菌属Azospirillum brasilense之间的亲缘关系较远，仅有26.61%的基因簇重复率。而与同一属的Herbaspirillum seropedicae具有87.31%基因簇相似性和97.04%序列一致性，但也存在大量的SNP和InDel，其分布频率为每16bp碱基和283碱基bp出现一个SNP和InDel。