Natural Bio Products Journal
Natural Bio Products Journal

Genome-based reassessment of the Iranian strain MJ01 and comparative analysis of salinity tolerance and surfactin regulation in petroleum-associated and reference Bacillus strains

Articles in Press

Document Type : Original Research Article

Author

Arezoo Rezaie

Assistant Professor, Department of Petroleum and Engineering and Geoenergy, University of Amirkabir, Tehran, Iran

Abstract
Background and objective: The Iranian strain MJ01 has been reported to produce surfactin, but its genomic potential for use under saline reservoir conditions requires further investigation. This study assessed the genomic placement of MJ01 and compared genes associated with osmotic adaptation and surfactin biosynthesis and regulation in petroleum-associated and reference Bacillus strains.
Methods: Public genome sequences of MJ01, the petroleum-associated strains DM2 and RI4914, the Bacillus spizizenii type strain TU-B-10, and the Bacillus subtilis reference strain 168 were compared. Assembly characteristics, annotation, genome relatedness, and biosynthetic gene clusters were assessed using QUAST, Bakta, FastANI, TYGS, and antiSMASH. BLASTP and targeted nucleotide alignments were used to examine a 35-gene panel covering osmoprotection, potassium homeostasis, stress responses, and surfactin regulation, together with the SrfAA–SrfAD proteins.
Findings: MJ01 shared 99.11% average nucleotide identity with TU-B-10, with a d4 digital DNA–DNA hybridization estimate of 93.4%. Among the 35 target genes, 33 were classified as full-length and conserved in MJ01; opuCD showed near-full query coverage. The SrfAA–SrfAD proteins shared 99.06–99.69% identity with those of TU-B-10 at 100% query coverage. A TTA-to-TGA substitution in the available MJ01 comA sequence predicted a premature stop at codon 53. ComP shared 56.05% protein identity with the TU-B-10 homolog. antiSMASH predicted 12 biosynthetic regions in MJ01, including a region matching the surfactin cluster.
Conclusion: The analyzed gene panel did not support widespread loss of osmoprotection genes in MJ01. Conservation of SrfAA–SrfAD and the predicted comA alteration identify surfactin regulation as a candidate for further investigation. Genome relatedness supports the placement of MJ01 with B. spizizenii. These sequence-based findings do not establish impaired salt tolerance or surfactin production; the comA sequence and its functional consequences require independent validation.

Keywords

Keywords: Bacillus spizizenii
MJ01
surfactin
salinity tolerance
comparative genomics
microbial enhanced oil recovery

Article Title Persian

باز ارزیابی جایگاه ژنومی سویه ایرانی ‏‎MJ01‎‏ و مقایسه ژن های مرتبط با تحمل شوری و تنظیم زیست‌سنتز سورفکتین در سویه‌های مرجع و مرتبط با محیط‌های نفتی جنس ‏‎Bacillus

Author Persian

آرزو رضایی
استادیار گروه مهندسی نفت و زمین انرژی، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران
Abstract Persian

زمینه و هدف: سویه ایرانی ‏‎MJ01‎‏ توانایی تولید سورفکتین دارد، اما ظرفیت ژنومی آن برای کاربرد در شرایط شور مخزن به بررسی بیشتری نیاز دارد. هدف این مطالعه، ارزیابی جایگاه ژنومی ‏‎MJ01‎‏ و مقایسه ژن‌های مرتبط با سازگاری اسمزی و زیست‌سنتز و تنظیم سورفکتین بود.
روش‌ها: ژنوم ‏‎MJ01‎‏ با سویه‌های مرتبط با محیط نفتی ‏‎DM2‎‏ و ‏‎RI4914‎‏، سویه تیپ ‏‎Bacillus spizizenii TU‑B‑10‎‏ و سویه مرجع ‏‎Bacillus subtilis 168‎‏ مقایسه شد. ویژگی‌های مونتاژ، حاشیه‌نویسی، خویشاوندی ژنومی و خوشه‌های ژنی زیست‌سنتزی با ‏‎QUAST‎‏، ‏‎Bakta‎‏، ‏‎FastANI‎‏، ‏‎TYGS‎‏ و ‏‎antiSMASH‎‏ بررسی شدند. مجموعه‌ای از ۳۵ ژن مرتبط با حفاظت اسمزی، هم‌ایستایی پتاسیم، پاسخ به تنش و تنظیم سورفکتین، همراه با پروتئین‌های ‏‎SrfAA‎‏ تا ‏‎SrfAD‎‏، با ‏‎BLASTP‎‏ و هم‌ترازی نوکلئوتیدی هدفمند ارزیابی شد.
یافته‌ها: مقدار ‏‎ANI‎‏ میان ‏‎MJ01‎‏ و ‏‎TU‑B‑10‎‏ برابر ۹۹٫۱۱ درصد و مقدار ‏‎dDDH‎‏ حاصل از فرمول ‏‎d4‎‏ برابر ۹۳٫۴ درصد بود. در ‏‎MJ01‎‏، تعداد ۳۳ ژن از مجموعه ۳۵ ژنی در گروه کامل و حفاظت‌شده قرار گرفتند و ‏‎opuCD‎‏ پوشش تقریباً کامل داشت. پروتئین‌های ‏‎SrfAA‎‏ تا ‏‎SrfAD‎‏ در مقایسه با ‏‎TU‑B‑10‎‏ دارای هویت ۹۹٫۰۶ تا ۹۹٫۶۹ درصد و پوشش ۱۰۰ درصد بودند. جایگزینی کدون ‏‎TTA‎‏ با ‏‎TGA‎‏ در توالی موجود ‏‎comA‎‏، توقف زودرس در کدون ۵۳ را پیش‌بینی کرد. هویت پروتئین ‏‎ComP‎‏ نسبت به همتای آن در ‏‎TU‑B‑10‎‏ برابر ۵۶٫۰۵ درصد بود. در ‏‎MJ01‎‏، تعداد ۱۲ ناحیه زیست‌سنتزی، از جمله ناحیه مشابه خوشه سورفکتین، پیش‌بینی شد.
نتیجه‌گیری: در مجموعه بررسی‌شده، شواهدی از فقدان گسترده ژن‌های حفاظت اسمزی در ‏‎MJ01‎‏ به‌دست نیامد. حفاظت اجزای زیست‌سنتزی سورفکتین و تغییر پیش‌بینی‌شده ‏‎comA‎‏، بررسی تنظیم این مسیر را برای مطالعات بعدی مطرح می‌کنند. شواهد ژنومی نیز از انتساب ‏‎MJ01‎‏ به ‏‎B. spizizenii‎‏ حمایت می‌کنند. پیامد عملکردی این یافته‌ها برای تحمل شوری و تولید سورفکتین به تأیید مستقل نیاز دارد.

Keywords Persian

کلیدواژه‌ها: ‏‎Bacillus spizizenii‎‏
‏‎MJ01‎‏
سورفکتین
تحمل شوری
ژنومیک مقایسه‌ای
ازدیاد برداشت میکروبی نفت
Natural Bio Products Journal

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 22 September 2026