Draft genome sequence, disease-resistance genes, and phenotype of a Paenibacillus terrae strain (NK3-4) with the potential to control plant diseases

Paenibacillus terrae NK3-4 is a plant growth-promoting rhizobacterium that may be useful for controlling plant diseases. We conducted a genomic analysis and identified the genes mediating antimicrobial functions. Additionally, an extracellular antifungal protein component was isolated and identified. The draft genome sequence was assembled into 54 contigs, with 5 458 568 bp and a G+C content of 47%. Moreover, 4 690 015 bp encoded 5090 proteins, 7 rRNAs, and 54 tRNAs. Forty-four genes involved in antimicrobial functions were detected. They mainly encode 19 non-ribosomal peptide synthetases (NRPSs); one polyketide synthase/NRPSs hybrid enzyme; four Zn-dependent metalloproteases; three antilisterial bacteriocin subtilosin biosynthesis proteins (AlbA); four serine proteases; five pectate lyases; three beta-glucanases; and four 1,4-beta-xylanases. These include four novel NRPSs that have not been found in any species of Paenibacillus. Furthermore, five proteins exhibiting antifungal activity were identified from the antifungal extracellular protein component based on MS/MS and the strain NK3-4 predicted protein library. On the basis of these features, we propose that strain NK3-4 represents a promising biocontrol agent for protecting plant from diseases. The draft genome sequence described herein may provide the genetic basis for the characterization of the molecular mechanisms underlying the biocontrol functions. It may also facilitate the development of rational strategies for improving the strain. Key words: Paenibacillus terrae, genome, antiomicrobial protein, biocontrol. Le Paenibacillus terrae NK3-4 est une rhizobacterie qui stimule la croissance des plantes et qui pourrait aider a diminuer les maladies. Les auteurs ont realise une analyse genomique et identifie des gènes conferant des fonctions antimicrobiennes. De plus, une composante proteique extracellulaire et antifongique a ete isolee et identifiee. L'ebauche d'un genome de reference a ete assemblee sous forme de 54 contigs totalisant 5 458 568 pb et une teneur en G+C de 47 %. De plus, 4 690 015 pb codaient pour 5090 proteines, 7 ARNr et 54 ARNt. Quarante-quatre gènes impliques dans des fonctions antimicrobiennes ont ete detectes. Ceux-ci codaient principalement pour 19 peptides synthetases non-ribosomiques (NRPS), une enzyme hybride polycetide synthase/NRPS, quatre metalloproteases dependantes du Zn, trois proteines impliquees dans la synthèse de bacteriocines anti-Listeria (AlbA), quatre proteases de type serine, cinq pectate lyases, trois bêta-glucanases et quatre 1,4-bêta-xylanases. Ceux-ci comprennent quatre NRPS inedits qui n'avaient encore ete rapportes chez aucune espèce de Paenibacillus.De plus, cinq proteines presentant une activite antifongique ont ete identifiees au sein de la fraction proteique extracellulaire au moyen de MS/MS et de la librairie de proteines predites pour la souche NK3-4. Sur la base de ces proprietes, les auteurs proposent que la souche NK3-4 constitue un agent de bio-contrôle prometteur pour proteger les plantes contre les maladies. L'ebauche du genome decrite dans ce travail pourrait fournir une assise genetique pour la caracterisation des mecanismes moleculaires impliques dans le bio-contrôle. Elle pourrait egalement faciliter le developpement de strategies rationnelles pour ameliorer la souche. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : Paenibacillus terrae, genome, proteine antimicrobienne, bio-contrôle.
Many microorganisms in the genus Paenibacillus activate soil nutrients, thereby promoting plant growth and controlling diseases, suggesting these species are potentially useful for the production of agriculturally important crops (Seldin [...]