微生物资源是宝贵的战略性生物资源,是新时代世界各国都优先发展的方向之一。PGPR菌因其卓越的促生性能和绿色安全的环境亲和力,近些年来广受学术界的关注,目前的研究大多是针对PGPR的促生性能展开的,很少有深入其分子机理的研究,因此,PGPR的促生分子机理是怎样的?其代谢调控规律如何?发挥促生作用的基因有哪些?这些问题目前还没有答案,对这些问题的研究和回答,不仅有助于揭示PGPR菌促生的分子机理,而且有利于更好的利用PGPR菌株,造福农业发展。本课题组前期研究中分离出一株优良的PGPR,编号为Gnyt1。发现其性能十分突出,具有深入研究的科学价值和工业化开发的潜力,鉴于此本研究对该菌株的特性和机理进行了深入的研究。以Gnyt1菌株为材料,系统研究了其促生特性、生物学特性以及菌株对植物的影响和对土壤的影响,并对菌株进行了重鉴定。在此基础上,采用二代和三代测序技术相结合的研究体系,对菌株进行全基因组测序,基于全基因组数据,仔细分析和预测菌株核基因组和质粒基因组中可能存在的功能基因,重点了分析与菌株促生特性有关的基因。通过上述的研究,得到了以下结果:（1）针对Gnyt1菌株促生特性的研究表明:Gnyt1菌株具有溶磷、固氮、分泌植物激素等多种功能,其固氮酶活性达3193.07 nmol（C2H4）·h-1·m L-1,能高效的溶解无机磷和有机磷,且能同时分泌IAA、GA3、t-Z等三种植物激素,将其与本课题组前期研究中得到的优良菌株进行对比,其功能更为突出;将其与其他研究者所得到的优良菌株相比,也有一定的优势。（2）针对Gnyt1菌株生物学特性的研究表明:Gnyt1菌株与对照菌相比,生长曲线的延滞期短（约4h）、其对数期增殖速度快、稳定期活菌浓度高,适合高密度发酵;Gnyt1对温度和pH的耐受性也较好;而耐药性检验的结果则表明供试菌和对照菌对4种抗生素均没有耐药性;供试菌在菌液灌根和叶面接种两种处理下对青稞、番茄、油菜、当归、苜蓿等五种作物均无致病性。稳定性检验结果反应供试菌和对照菌在纯培养条件下,随着菌株传代次数的增加,其促生能力均呈下降趋势。（3）针对Gnyt1菌株对植物影响的研究表明:Gnyt1菌株对青稞、番茄、油菜、当归、苜蓿等五种作物的生长和产量都有促进作用,但在不同植物中的作用不同;包括Gnyt1菌株在内PGPR还能提高作物的品质,如提高中药材当归挥发油和阿魏酸的含量,提高苜蓿干草中粗蛋白和粗脂肪的含量,降低粗纤维的含量。（4）针对Gnyt1菌株对土壤特性影响的研究表明:使用Gnyt1菌液处理后,土壤的基础呼吸增加6.3%,土壤诱导呼吸增加19.6%,土壤微生物量碳增加9.8%,土壤代谢熵（qCO₂）降低11.6%。利用PLFA法在本研究的土样中共检测出17种磷脂脂肪酸,促生菌剂的使用可以增加总PLFA的量。使用促生菌剂后,土壤细菌的量增加,真菌的量减少,微生物压力指数降低。从固氮菌群的角度进行的研究得出:使用PGPR菌剂后,土壤好气性自生固氮菌的量增加11.2%³1%,土壤嫌气性自生固氮菌的数量增加4.2%⁷.6%,,土壤中nifH基因相对含量也有不同程度的增加。（5）对Gnyt1菌株的鉴定结果显示:Gnyt1菌株的生理生化特性与Bacillus mycoides的生理生化特征的吻合度为100%,通过在Genbank数据库中进行BLAST比对并结合表型特征的观察结果、生理生化特性的分析以及16Sr DNA序列分析的结果,最终可以确定Gnyt1菌株为Bacillus mycoides,将其提交保存至中国典型培养物中心,获得保藏号为CCTCC M 2017177。（6）对Bacillus mycoides Gnyt1菌株的全基因组测序并分析发现1)用CTAB法提取的DNA质量和浓度都较高,符合测序文库的构建要求;用二代测序和三代测序相结合的方法测其全基因组序列,分别构建测序文库。二代测序Reads总数为3,025,470条;碱基总数742,832,445条;模糊碱基的比例为0.001%,总碱基的GC百分含量为38.8%;碱基识别准确率在99%以上的碱基所占百分比为76.2%;碱基识别准确率在99.9%以上的碱基所占百分比为64.4%。2)序列经过过滤后,单碱基质量很高;Base content分布分析显示GC和AT含量匹配性较好;GC content分布显示理论分布与实际分布的一致性较好;Sequence base quality检验得知本次测序的峰值在Q37左右;二代测序结果高质量reads2217564条,高质量reads碱基数高达471,926,886 bp;三代测序结果其测的的序列长度大,没有不确定碱基。基因组序列拼接后序列的总长度为5,597,907 bp,GC百分含量为35.57%;ORF预测发现共有ORF 5,876个;nc RNA的预测显示共有t RNA和r RNA两大类nc RNA;未发现CRISPRs的存在;prophage预测的结果显示在该菌株基因组中共有9个原噬菌体,其中3号、5号、6号等3个为不完整的原噬菌体,而其余的6个为完整的原噬菌体;GIs预测结果显示该菌株核基因组中共有23个GIs;VFDB分析共发现了10个毒力基因,分别是clpC、clpP、htpB、galE、nheA、nheB、hblC、inhA、lplA1、icl等;CARD发现与抗生素耐药性有关基因有51条,与抗生素靶基因有关的基因有27条,与抗生素合成有关的基因有4条;对其产抗生素的基因深入分析发现该菌株有Bacitracin（抗菌肽）合成基因;CAZy分析基因组中糖苷水解酶类的基因有30条,糖基转移酶类的基因有36条,碳水化合物酯酶类的基因有38条,辅助活性酶类基因有6条,碳水化合物结合相关的酶类基因有19条,其余与碳水化合物相关的酶基因有15条,不含多糖裂解酶;信号肽（signal peptides）预测显示菌株核基因组序列中有348条蛋白编码基因中存在信号肽序列;跨膜螺旋结构预测显示出菌株核基因组序列总共有1,601条编码蛋白质的基因,这些基因中存在跨膜螺旋区域,其占总编码蛋白质基因数量的27.25%。3)Bacillus mycoides Gnyt1菌株核基因组GOSlim注释显示该基因组中以与biological process相关的基因种类和数量最多,其次是与molecular function相关的基因,而与cellular component相关的基因数量和种类均最少;COG分类注释将全部编码蛋白质的基因分为了25类,其中除了Not in egg NOG类外,基因数目最多的是General function prediction only,数量高达609条;Swiss-Prot注释共获知了2987条基因的信息。本研究最终构建了Bacillus mycoides Gnyt1菌株基因组的圈图,其基因组大小为5,597,907bp大小。（7）对Bacillus mycoides Gnyt1菌株质粒基因组的研究发现1)质粒DNA的琼脂糖凝胶电泳有多个条带,质粒DNA提取的质量和浓度都较高。根据拼接结果,在Gnyt1菌株中,共有8个质粒,其中1号质粒长度为460,379bp;2号质粒长度为114,265 bp;3号质粒长度为102,550 bp;4号质粒长度为82,671bp;5号质粒长度为73,408 bp;6号质粒长度为64,682 bp;7号质粒长度为51,563bp;8号质粒长度为10,665 bp。2)ncRNA预测在plasmid1中发现了ncRNA,其中tRNA基因1条,其他ncRNA基因18条,其余质粒中均未发现ncRNA;菌株plasmid基因组中,未发现CRISPRs的存在;在Plasmid1、Plasmid2、Plasmid3、Plasmid4、Plasmid6和Plasmid7等6个质粒中预测出有原噬菌体基因存在,其中Plasmid1种发现有两条不完整原噬菌体基因,Plasmid2、Plasmid3、Plasmid4中各存在一条不完整原噬菌体基因,Plasmid6中存在两条原噬菌体基因,一条是完整的噬菌体基因,另一条是不完整的噬菌体基因。GIs（基因岛）预测显示在Plasmid1基因组中,一共存在5处基因岛;在Plasmid2基因组中,只存在1处基因岛。在Plasmid5基因组中,存在2处基因岛,其余的质粒中均未发现基因岛。在Plasmid 1中,发现有毒力因子nhe B基因和nhe C基因的存在,其余的质粒基因组中均未检测出VFDB;CARD分析显示在Plasmid 1中,存在2条与抗生素耐药性有关的基因,在其他质粒中均未检出与抗生素相关的基因;CAZy分析分析结果,在发现的8个质粒中,仅plasmid1、plasmid3和plasmid4上带有与碳水化合物活性酶相关的基因。signal peptides的预测显示不同plasmid中信号肽序列的数量不同。跨膜结构的预测显示在plasmid中存在数量不等的跨膜螺旋结构。3)通过GO分析,本研究的8个质粒上存在有多种功能的基因,主要以质粒的复制相关基因为主,不同的质粒上所含的功能基因数量不同,其中以plasmid1最高,以plasmi8最为简单。8个质粒的共同点是与氮代谢相关的基因数目及与DNA结合相关的基因数量最多,高于其他功能基因。通过egg NOG分析,本研究的8个质粒上存在有多种egg NOG,主要以质粒的复制相关基因为主,不同的质粒上所含的功能基因数量不同,其中以plasmid1的egg NOG数目最多,有18类;以plasmi8最为少,仅有1类,最终构建了8个质粒的基因组圈图。（8）针对Bacillus mycoides Gnyt1菌株中与促生有关的基因的分析表明:在供试菌株中,与溶磷性能有关的基因较多,有pyruvate、malate、acetate、citrate、butyrate、Shikimic等有机酸产生的相关基因,与上述酸产生的代谢途径多达14种;与铁载体分泌有关的基因主要是存在于Porphyrin metabolism途径和ABC transporters途径,共有9条基因与铁载体的分泌有关;在Gnyt1中,发现有与杆菌肽分泌有关的基因主要有两条,其功能都是acitracin transport system ATP-binding protein,但是在不同的代谢途径中发现的。上述研究工作填补了在促生菌功能基因研究方面的空白,具有重要的科学意义,同时,研究工作也为进一步合理利用促生菌资源提供了理论指导。