Identification and whole genome sequencing analysis of Bacillus subtilis K35-1, a highly efficient cellulose in forage degrading bacterium

生物 枯草芽孢杆菌 纤维素酶 糖苷水解酶 比较基因组学 基因组 生物化学 基因组学 遗传学 微生物学 基因 细菌
作者
Dan Wu,Jing Feng,Dongxu Wen,Hongzhuang Wang,Sijia Lü,Kun Li,Rizwana Sultan,Bin Li
出处
期刊:BMC Microbiology [BioMed Central]
卷期号:25 (1): 451-451
标识
DOI:10.1186/s12866-025-04136-8
摘要

This study reports the isolation and characterization of Bacillus subtilis K35-1, a novel cellulolytic strain with exceptional forage degradation capabilities. From eight B. subtilis isolates obtained from yak rumen fluid through Congo red screening (hydrolysis capacity = 2.61 ± 0.23), K35-1 demonstrated superior enzymatic performance, achieving peak cellulase (77.26 U/mL) and hemicellulase (222.85 nmol/min/mL) activities at 36 h of fermentation. The whole genome sequencing revealed a 4.06 Mb circular chromosome (GC content 43.83%) encoding 3,980 protein-coding sequences. Comprehensive CAZy annotation identified 703 carbohydrate-active enzymes, including: 87 cellulases spanning 7 GH families (GH5, GH6, GH9, GH12, GH44, GH45, GH48) and 34 hemicellulases from 4 GH families (GH10, GH11, GH26, GH30). Comparative genomic analysis showed K35-1 possesses 40% more glycoside hydrolases than reference strains (Srivastava et al., Mol Genet Genomics 298:361-74, 2023), explaining its enhanced degradation efficiency (53.2% cellulose reduction vs. 7.3% in conventional treatments). Functional annotation revealed: 275 carbohydrate metabolism genes (KEGG), 228 cell wall/membrane biogenesis genes (COG) and 53.91% reduced-virulence mutations (PHI database). The strain's robust enzymatic profile, coupled with minimal antibiotic resistance (11 genes, including ermB), positions K35-1 as both an efficient forage degrader and safe probiotic candidate. These findings provide a genomic foundation for developing novel feed additives to improve livestock nutrition.
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