|本期目录/Table of Contents|

[1]刘守德,刘华梅,周 莉,等. 多粘类芽孢杆菌的研究进展 [J].武汉工程大学学报,2022,44(03):237-243.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202202013]
　LIU Shoude,LIU Huamei,ZHOU Li,et al.Research Progress of Paenibacillus Polymyxa[J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2022,44(03):237-243.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202202013]
点击复制

多粘类芽孢杆菌的研究进展 (/HTML)
分享到：

《武汉工程大学学报》[ISSN:1674-2869/CN:42-1779/TQ]

卷:
44
期数:
2022年03期
页码:
237-243
栏目:
综述
出版日期:
2022-06-30

文章信息/Info

Title:
Research Progress of Paenibacillus Polymyxa
文章编号:
1674 - 2869（2022）03 - 0237 - 07
作者:
刘守德1; 2; 刘华梅2; 周 莉2; 黄 芳2; 徐 广2; 武若楠1; 王小华1; 3; 胡国元*1
1. 武汉工程大学环境生态与生物工程学院，湖北 武汉 430205；
2. 武汉科诺生物科技股份有限公司，湖北 武汉 430074；
3. 武昌理工学院生命科学学院，湖北 武汉 430223
Author(s):
LIU Shoude1; 2;  LIU Huamei2;  ZHOU Li2;  HUANG Fang2;  XU Guang2;  WU Ruonan1; WANG Xiaohua1; 3;  HU Guoyuan*1
1. School of Environmental Ecology and Bioengineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430205， China；
2. Wuhan Kernel Bio-tech Co.， Ltd， Wuhan 430074， China；
3. School of Life Science， Wuchang University of Technology， Wuhan， 430223， China

关键词:
多粘类芽孢杆菌; 功能基因; 代谢活性物质; 应用
Keywords:
Paenibacillus polymyxa; functional genome; metabolic active substance;  application

分类号:
Q939.97
DOI:
10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202202013
文献标志码:
A
摘要:
多粘类芽孢杆菌是一类兼具生物防治和促生长作用的植物根际细菌，在农业、工业及医药等领域广泛应用。综述了多粘类芽孢杆菌的基因组，代谢活性物质和应用研究。重点论述了抗生素及植物促激素合成相关基因，胞外多糖、抗菌物质、植物激素等代谢活性物质的研究，并列举了多粘类芽孢杆菌在农业、工业及医药等领域的应用实例。该菌的常规选育和发酵过程研究较多，但其工程菌株和生防机理的研究较少。通过利用基因编辑、代谢组学、宏基因组学和蛋白质组学等手段对该菌进行功能基因的改造、发酵工艺的优化与放大及其与植物和土壤微生物间互作机理的解析等，有望提升多粘类芽孢杆菌的产品性能。

Abstract:
Paenibacillus polymyxa（P. polymyxa），a kind of plant rhizosphere bacteria with both biological control and growth promoting effects， is widely used in agriculture， industry and medicine.This paper reviews the genome， metabolically active substances and application research of P. polymyxa. The paper focuses on the study of gene research relating to the synthesis of antibiotics and plant hormone-promoting，metabolic active substances research such as exopolysaccharides， antibacterial substances and phytohormone and lists their application progresses in agriculture， industry and medicine. There are many reports on conventional breeding and fermentation process of this strain， but few studies on engineering strain and biocontrol mechanism.By means of gene editing， metabolomics， metagenomics and proteomics， the functional genes of P.polymyxa are modified， the fermentation process is optimized and amplified， and the interaction mechanism with plant and soil microorganisms is analyzed， which is expected to improve the product performance of P. polymyxa.

参考文献/References:

［1］ ASH C， PRIEST F G， COLLINS M D. Molecular identification of rRNA group 3 bacilli （ash， farrow， wallbanks and collins） using a PCR probe test：proposal for the creation of a new genus Paenibacillus［J］. Antonie Van Leeuwenhoek， 1993， 64（3/4）：253-260.

［2］ WANG Z W， LIU X L. Medium optimization for antifungal active substances production from a newly isolated Paenibacillus sp. using response surface methodology［J］. Bioresource Technology， 2008， 99（17）：8245-8251.
［3］ GRADY E N， MACDONALD J， LIU L，et al. Current knowledge and perspectives of Paenibacillus： a review［J］. Microbial Cell Factories， 2016， 15：203：1-18.
［4］ MA M C， WANG C C， DING Y Q， et al. Complete genome sequence of Paenibacillus polymyxa SC2， a strain of plant growth-promoting Rhizobacterium with broad-spectrum antimicrobial activity［J］. Journal of Bacteriology， 2011， 193（1）：311-312.
［5］ JEONG H， PARK S Y， CHUNG W H， et al. Draft genome sequence of the Paenibacillus polymyxa type strain （ATCC 842T）， a plant growth-promoting bacterium［J］. Journal of Bacteriology， 2011， 193（18）：5026-5027.
［6］ KIM J F， JEONG H， PARK S Y， et al. Genome sequence of the polymyxin-producing plant-probiotic rhizobacterium Paenibacillus polymyxa E681［J］. Journal of Bacteriology， 2010， 192（22）：6103-6104.
［7］ CHOI S K， PARK S Y， KIM R， et al. Identification of a polymyxin synthetase gene cluster of Paenibacillus polymyxa and heterologous expression of the gene in Bacillus subtilis［J］. Journal of Bacteriology， 2009， 191（10）：3350-3358.
［8］ LI S Q， ZHANG R F， WANG Y， et al. Promoter analysis and transcription regulation of fus gene cluster responsible for fusaricidin synthesis of Paenibacillus polymyxa SQR-21［J］. Applied Microbiology and Biotechnology， 2013， 97（21）：9479-9489.
［9］ PHI Q T， PARK Y M， RYU C M， et al. Functional identification and expression of indole-3-pyruvate decarboxylase from Paenibacillus polymyxa E681［J］. Journal of Microbiology and Biotechnology， 2008， 18（7）：1235-1244.
［10］ GUAN L Z， SUN Y P， XI Q Y， et al. β-Glucanase specific expression in the parotid gland of transgenic mice［J］. Transgenic Research， 2013， 22（4）：805-812.
［11］ PARK J E， KIM H R， PARK S Y， et al. Identifica-tion of the biosynthesis gene cluster for the novel lantibiotic paenilan from Paenibacillus polymyxa E681 and characterization of its product［J］. Journal of Applied Microbiology， 2017， 123（5）：1133-1147.
［12］ HE X J， LI Q， WANG N， et al. Effects of an EPS biosynthesis gene cluster of Paenibacillus polymyxa WLY78 on biofilm formation and nitrogen fixation under aerobic conditions［J］. Microorganisms，2021， 9：289：1-16.
［13］ SONI R， NANJANI S， KEHARIA H. Genome analysis reveals probiotic propensities of Paenibacillus polymyxa HK4［J］. Genomics， 2021， 113（1）：861-873.
［14］ WANG B Q， CHENG H C， QIAN W J， et al. Comparative genome analysis and mining of secondary metabolites of Paenibacillus polymyxa［J］. Genes &Genetic Systems， 2020， 95（3）：141-150.
［15］ JUNG H K， HONG J H， PARK S C， et al. Production and physicochemical characterization of β-glucan produced by Paenibacillus polymyxa JB115［J］. Biotechnology and Bioprocess Engineering， 2007， 12（6）：713-719.
［16］ LIU J， LUO J G， SUN Y， et al. A simple method for the simultaneous decoloration and deproteinization of crude levan extract from Paenibacillus polymyxa EJS-3 by macroporous resin［J］. Bioresource Technology， 2010， 101（15）：6077-6083.
［17］ MOGHANNEM S A M， FARAG M M S， SHEHAB A M， et al. Exopolysaccharide production from Bacillus velezensis KY471306 using statistical experimental design［J］. Brazilian Journal of Microbiology ， 2018， 49（3）：452-462.
［18］ ?OLAK F， OLGUN A， ATAR N， et al. Heavy metal resistances and biosorptive behaviors of Paenibacillus polymyxa： batch and column studies［J］. Journal of Industrial and Engineering Chemistry， 2013， 19（3）：863-869.
［19］ CHANG Z Q， LEE J S， GEBRU E， et al. Mechanism of macrophage activation induced by β-glucan produced from Paenibacillus polymyxa JB115［J］. Biochemical and Biophysical Research Communications， 2010， 391（3）：1358-1362.
［20］ ZHAI Y， ZHU J X， TAN T M， et al. Isolation and characterization of antagonistic Paenibacillus polymyxa HX-140 and its biocontrol potential against Fusarium wilt of cucumber seedlings［J］. BMC Microbiology， 2021， 21：75：1-12.
［21］ CHAVEZ-RAMIREZ B， RODRIGUEZ-VELAZQU-EZ N D， MONDRAGON-TALONIA C M， et al. Paenibacillus polymyxa NMA1017 as a potential biocontrol agent of Phytophthora tropicalis， causal agent of cacao black pod rot in Chiapas， Mexico［J］. Antonie Van Leeuwenhoek， 2021， 114（1）：55-68.
［22］ RAN J J， JIAO L X， ZHAO R X， et al. Characteriza-tion of a novel antifungal protein produced by Paenibacillus polymyxa isolated from the wheat rhizosphere［J］. Journal of The Science of Food and Agriculture， 2021， 101（5）：1901-1909.
［23］ YUAN Y， ZHANG X Y， ZHAO Y， et al. A novel PL9 pectate lyase from Paenibacillus polymyxa KF-1： cloning， expression， and its application in pectin degradation［J］. International Journal of Molecular Sciences， 2019， 20：3060：1-17.
［24］ KAVITHA S， SENTHILKUMAR S， GNANAMA-NICKAM S， et al. Isolation and partial characterization of antifungal protein from Bacillus polymyxa strain VLB16［J］. Process Biochemistry， 2005， 40（10）：3236-3243.
［25］ 邓阳.Paenibacillus polymyxa JSa-9抗菌物质的结构鉴定及小麦生防应用研究［D］.南京：南京农业大学，2012.
［26］ 王翠翠.多粘类芽孢杆菌SC2的全基因组测序［D］.泰安：山东农业大学，2011.
［27］ PIURI M， SANCHEZ-RIVAS C， RUZAL S M. A novel antimicrobial activity of a Paenibacillus polymyxa strain isolated from regional fermented sausages［J］. Letters in Applied Microbiology， 1998， 27（1）：9-13.
［28］ 扈进冬， 吴远征， 李纪顺， 等.拮抗性多粘类芽孢杆菌PB-2及其制剂对葡萄霜霉病的防效测定［J］.山东科学， 2014， 27（3）：30-33.
［29］ KHAN M S， GAO J L， CHEN X Q， et al. Isolation and characterization of plant growth-promoting endophytic bacteria Paenibacillus polymyxa SK1 from lilium lancifolium［J］. BioMed Research International， 2020：8650957：1-17.
［30］ DA MOTA F F， GOMES E A， SELDIN L. Auxin production and detection of the gene coding for the Auxin Efflux Carrier （AEC） protein in Paenibacillus polymyxa［J］. Journal of Microbiology （Seoul， Korea）， 2008， 46（3）：257-264.
［31］ LEE B， FARAG M A， PARK H B， et al. Induced resistance by a long-chain bacterial volatile： elicitation of plant systemic defense by a C13 volatile produced by Paenibacillus polymyxa［J］. PlosOne， 2012， 7（11）：e48744：1-11.
［32］ LIU H， WANG J， SUN H M， et al. Transcriptome profiles reveal the growth-promoting mechanisms of Paenibacillus polymyxa YC0136 on tobacco （Nicotiana tabacum L.）［J］.Frontiers in Microbiol，2020，11：584174：1-16.
［33］ LAL S， TABACCHIONI S. Ecology and biotechnolo-gical potential of Paenibacillus polymyxa： a minireview［J］. Indian Journal of Microbiology， 2009， 49（1）：2-10.
［34］ SONI R， RAWAL K， KEHARIA H. Genomics assisted functional characterization of Paenibacillus polymyxa HK4 as a biocontrol and plant growth promoting bacterium［J］. Microbiol Res， 2021， 248：126734：1-14.
［35］ YEGORENKOVA I V， TREGUBOVA K V， KRASOV A I， et al. Effect of exopolysaccharides of Paenibacillus polymyxa rhizobacteria on physiological and morphological variables of wheat seedlings［J］. Journal of Microbiology （Seoul， Korea）， 2021， 59（8）：729-735.
［36］ MUKUND V， MUKUND D， SHARMA V， et al. Genistein： its role in metabolic diseases and cancer［J］. Critical Reviews in Oncology/Hematology， 2017， 119：13-22.
［37］ SCHILLING C， CICCONE R， SIEBER V， et al. Engineering of the 2，3-butanediol pathway of Paenibacillus polymyxa DSM 365［J］. Metabolic Engineering， 2020， 61：381-388.
［38］ 王刘庆， 王秋影， 廖美德. 多粘类芽孢杆菌生物特性及其机理研究进展［J］.中国农学通报， 2013， 29（11）：158-163.
［39］ TUPINAMBA G， DA SILVA A J， ALVIANO C S， et al. Antimicrobial activity of Paenibacillus polymyxa SCE2 against some mycotoxin-producing fungi［J］. Journal of Applied Microbiology， 2008， 105（4）：1044-1053.
［40］ JEONG H， CHOI S K， RYU C M， et al. Chronicle of a soil bacterium： Paenibacillus polymyxa E681 as a tiny guardian of plant and human health［J］. Frontiers in Microbiology， 2019， 10：467：1-16.
［41］ ABDALLAH Y， YANG M， ZHANG M， et al. Plant growth promotion and suppression of bacterial leaf blight in rice by Paenibacillus polymyxa Sx3［J］. Letters in Applied Microbiology， 2019， 68（5）：423-429.
［42］ EASTMAN A W， HEINRICHS D E， YUAN Z C. Comparative and genetic analysis of the four sequenced Paenibacillus polymyxa genomes reveals a diverse metabolism and conservation of genes relevant to plant-growth promotion and competitiveness［J］. BMC Genomics， 2014， 15：851：1-22.
［43］ WESELOWSKI B， NATHOO N， EASTMAN A W， et al. Isolation， identification and characterization of Paenibacillus polymyxa CR1 with potentials for biopesticide， biofertilization， biomass degradation and biofuel production［J］. BMC Microbiology， 2016， 16：244：2-10.
［44］ ANAND R， GRAYSTON S， CHANWAY C. N2-fixation and seedling growth promotion of lodgepole pine by endophytic Paenibacillus polymyxa［J］. Microbial Ecology， 2013， 66（2）：369-374.
［45］ RAZA W， SHEN Q R. Growth， Fe3+ reductase activity， and siderophore production by Paenibacillus polymyxa SQR-21 under differential iron conditions［J］. Current Microbiology， 2010， 61（5）：390-395.
［46］ 郭芳芳， 谢镇， 卢鹏，等.一株多粘类芽孢杆菌的鉴定及其生防促生效果初步测定［J］.中国生物防治学报， 2014， 30（4）：489-496.
［47］ KHAN Z， KIM S G， JEON Y H， et al. A plant growth promoting rhizobacterium， Paenibacillus polymyxa strain GBR-1， suppresses root-knot nematode［J］. Bioresource Technology，2008， 99（8）：3016-3023.
［48］ 闵勇，王颖，刘晓艳，等. 多粘类芽孢杆菌ARTP诱变及高产菌株的选育［J］.种子科技，2019，37（13）：40-41.
［49］ 赵岩.多粘类芽孢杆菌中果胶裂解酶的发掘及功能研究［D］.济南：济南大学， 2020.
［50］ 蒋红菊，许威震，朱春林，等.多粘类芽孢杆菌20185液态发酵产碱性果胶酶发酵条件的研究［J］.中国酿造，2011（10）：111-115.
［51］ 孙庆祥， 罗才安， 刘正初， 等. 黄麻和红麻微生物脱胶研究——Ⅱ.多粘芽孢杆菌（B.polymyxa）T1163的扩大培养及人工接种脱胶试验［J］.中国麻作， 1991（1）：42-46.
［52］ 李卫芬， 陆平， 周绪霞. 多粘芽孢杆菌β-葡聚糖酶特性及其基因克隆［J］.浙江大学学报（农业与生命科学版）， 2004（3）：97-101.
［53］ RAFIGH S M， YAZDI A V， VOSSOUGHI M， et al. Optimization of culture medium and modeling of curdlan production from Paenibacillus polymyxa by RSM and ANN［J］. International Journal of Biological Macromolecules， 2014， 70：463-473.
［54］ PATRA P， NATARAJAN K A. Surface chemical studies on selective separation of pyrite and galena in the presence of bacterial cells and metabolic products of Paenibacillus polymyxa［J］. Journal of Colloid and Interface Science， 2006， 298（2）：720-729.
［55］ LIU J， LUO J G， YE H， et al. Preparation， antioxidant and antitumor activities in vitro of different derivatives of levan from endophytic bacterium Paenibacillus polymyxa EJS-3［J］. Food and Chemical Toxicology，2012， 50（3/4）：767-772.
［56］ 姬庆.多粘类芽孢杆菌转化人参产物抗肿瘤活性及其机理初探［D］.长春：吉林农业大学， 2016.

相似文献/References:

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2022-02-23
基金项目：武汉科诺生物科技股份有限公司研发项目（NC599）
作者简介：刘守德，硕士研究生，工程师。E-mail：[email protected]
*通讯作者：胡国元，博士，教授。E-mail：[email protected]
引文格式：刘守德，刘华梅，周莉，等. 多粘类芽孢杆菌的研究进展［J］. 武汉工程大学学报，2022，44（3）：237-243.
更新日期/Last Update: 2022-06-29