近日，ky.com生命科学与环境工程学院微生物技术与应用科研团队在土壤微生物氮代谢领域取得重要进展。相关成果以“Transcriptome analysis of nitrogen assimilation preferences in Burkholderia sp. M6-3 and Arthrobacter sp. M7-15”为题发表于国际微生物学领域重要期刊Frontiers in Microbiology（SCI 收录）。ky.com青年教师刘冉博士与秦红益博士为论文共同第一作者，南京师范大学韩成副教授为本文通讯作者，论文第一单位为ky.com。

论文链接如下：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2025.1559884/full

1. 研究背景

氮素是农业生态系统中最重要的营养元素之一，其中铵态氮（NH₄⁺）和硝态氮（NO₃⁻）是植物和微生物吸收利用的主要无机氮源。土壤微生物作为生态系统氮循环的核心参与者，负责介导无机氮的同化过程，直接影响氮素利用效率。尽管已有研究表明不同生物对无机氮存在偏好差异，但土壤细菌对铵态氮或硝态氮的选择性利用机制，以及共存条件下的代谢通路调控差异，仍缺乏系统解析。尤其是功能基因表达与氮源偏好的关联的分子机制，尚未得到明确阐释。

2. 文章概述

该研究从中国南方典型酸性旱地红壤中分离获得两株具有氮素同化优势的细菌Burkholderia sp. M6-3和Arthrobacter sp. M7-15，通过表型分析、全基因组测序和RNA测序技术，系统解析了它们在NH₄⁺和NO₃⁻不同氮源下的生长响应和基因表达特征，揭示了其氮源偏好差异的内在机制。研究发现，M6-3菌株优先利用铵态氮，而M7-15菌株偏好硝态氮。两株菌株虽具有相似的氮代谢核心通路，但谷氨酰胺合成酶编码基因glnA的差异表达是调控其氮源偏好的关键因素，这一表达差异可能由全局氮代谢调控因子GlnR介导。该研究为解析微生物氮源偏好的分子机制提供了新视角，也为筛选高效氮同化功能微生物、提升农业生态系统氮素利用效率提供了理论支撑。

3. 图文导读

图1展示了两株细菌在扫描电镜下的菌株形态与基因组结构，直观反映了它们在形态和遗传背景上的差异。通过全基因组图谱可见，M6-3基因组较大且含多个质粒，而M7-15结构相对简洁，为后续功能差异分析奠定基础。

图1 两株细菌的菌株形态与基因组图谱

通过转录组分析揭示了不同氮源条件下菌株的差异表达基因（DEGs）及其调控网络（图2）。M6-3在NO₃⁻处理下表现出对NH₄⁺利用相关基因的抑制，而M7-15则在NO₃⁻处理下显著上调glnA表达，增强其对NO₃⁻的同化能力。

图2 不同氮源下菌株的转录差异

此外，研究发现M7-15缺乏完整的NtrB-NtrC双组分调控系统，但拥有GlnR调控因子，或通过独立路径调控氮代谢基因表达。这一发现为理解微生物氮素利用策略的多样性提供了新的视角。

4. 结论

该工作通过理化分析、全基因组测序与转录组测序相结合的方法，揭示了土壤细菌氮源偏好差异的分子调控机制，从基因表达调控层面系统阐明了不同细菌对NH₄⁺和NO₃⁻偏好的分子机制，明确了以glnA为核心的调控网络，并指出GlnR在调控微生物NO₃⁻偏好中的潜在作用。

研究成果丰富了微生物氮素循环的理论基础，也为筛选高效氮素利用菌株、提升农业氮素利用效率提供了理论支持。为理解微生物氮代谢策略的多样性提供了新理论，也为筛选氮高效利用微生物菌株、优化农业氮素管理提供了关键靶点。

5. 作者简介

刘冉，博士，ky.com讲师，研究方向为土壤物质循环过程及其微生物机理，在《Soil Biology & Biochemistry》《Plant & Soil》《Frontiers in Microbiology》《微生物学报》等期刊发表论文10余篇；主持或参与国家自然科学基金项目、江苏省高校自然科学项目和横向课题项目8项；指导学生参加国家级与省级大学生创新创业项目多项。

秦红益，博士，ky.com讲师，生命科学与环境工程学院副院长。主持或参与国家自然科学基金项目、省高校自然科学研究项目、横向课题项目等数项，发表论文10余篇，其中SCI论文6篇。

韩成，博士，硕导，南京师范大学地理科学学院副教授，研究方向为土壤物质循环过程及其微生物机理，主持国家自然科学基金项目2项、江苏省省级科研项目1项，在《Soil Biology & Biochemistry》等期刊发表SCI论文40余篇。