假小链双歧杆菌（Bifidobacterium pseudocatenulatum）是中国人群肠道中普遍存在的一种益生菌,具有改善宿主糖脂代谢、炎症反应和神经系统等方面的作用。近年来的研究证实,特定功能性低聚糖能够提高益生菌的肠道存活率或定殖持久性,但其作用存在菌株差异,且内在原因和具体机制尚不明确,这限制了用于促进特定益生菌增殖或定殖的膳食策略开发。因此,本研究以典型功能性低聚糖——低聚半乳糖（galacto-oligosaccharides,GOS）为主要研究对象,通过人群试食试验筛选得到存在GOS利用能力差异的假小链双歧杆菌菌株,结合体外单菌培养实验和基因组比较分析的结果确定可能导致菌株GOS利用能力差异的基因并进行验证,最后通过动物实验评价GOS对特定菌株定殖能力的作用,以期解析能被GOS刺激生长的菌株的生长特性和基因特征,优化以促进菌株肠道生长及定殖为靶标的低聚糖和益生菌组合搭配的选择方法。首先,基于人群试食试验,分析不同双歧杆菌对GOS的响应。招募了10名健康成年志愿者（完成人群试食试验的人数为8人）给予GOS（10 g/d,4周）,收集基线期末、GOS摄入2周和GOS摄入4周的粪便,基于Illumina Mi Seq测序技术进行肠道菌群多样性和双歧杆菌种水平分析,探究GOS对人肠道菌群的影响。结果显示,GOS显著提高健康成年人肠道中放线菌门和双歧杆菌属的丰度,但不同个体肠道中的假小链双歧杆菌对GOS的响应不同。故从志愿者粪便中分离得到4株假小链双歧杆菌进行后续实验,3株来源于3位应答者（假小链双歧杆菌丰度提高）,1株来源于1位无应答者（假小链双歧杆菌丰度降低）。为了分析上述4株假小链双歧杆菌在体内对GOS响应差异的原因,基于体外单菌培养实验和基因组比较分析,探究响应GOS的菌株的生长特性和基因组特征。菌株在GOS为碳源的培养基中的生长结果表明,在人群试食试验中可响应GOS的菌株更能适应GOS为碳源的营养环境,对该低聚糖的利用能力更强,生长曲线稳定期时生长量更大（最高提升了32.84%）,代时更短（最高缩短了27.58%）。通过全基因组测序获得这4株菌的基因组信息,基因组比较分析后推测假小链双歧杆菌利用GOS的途径:内切β-半乳糖苷酶（Gal A）在胞外对GOS进行初步水解,通透酶（Lac S）转运GOS进胞内,β-半乳糖苷酶（Lac Z）在胞内进一步降解GOS。此外,比较这4株菌碳水化合物活性酶基因发现,体内响应的菌株编码碳水化合物酯酶（CE1和CE10）的基因数量更多,可能是CE1和CE10协助了胞外或胞内的β-半乳糖苷酶降解GOS,从而提高了菌株对GOS的利用能力。接着,验证CE1和CE10与菌株GOS利用能力的相关性,选择编码CE1和CE10的基因数量存在差异的菌株,考察菌株在单菌体系、混菌体系和粪便体系中利用GOS的能力,并分析菌株利用GOS的结构差异和基因转录水平差异。从自有菌种库挑选了假小链双歧杆菌FGZ28MM6（CE1:9个;CE10:8个）和假小链双歧杆菌FSDWF3M4（CE1:3个;CE10:4个）进行实验,结果显示,菌株FGZ28MM6的GOS利用能力更强,生长曲线稳定期生长量更大（为FSDWF3M4的2.11倍）,相同时间内消耗更多高聚合度的GOS。与利用葡萄糖相比,在利用低聚半乳糖时,菌株FGZ28MM6的基因3872（编码CE1）和基因3878（编码CE10）的相对表达量显著提高（分别提高3.94倍和4.86倍）,而菌株FSDWF3M4相关基因的表达量未见明显变化。此外,在混菌体系和粪便体系发酵GOS过程中,菌株FGZ28MM6的绝对菌数更多。最后,基于基因组特征和体外实验结果,选择相关基因数量及GOS利用能力具有差异的菌株（假小链双歧杆菌1M25和FSDWF3M4）进行动物实验,评价GOS对菌株肠道定殖能力及代谢活性的作用。结果表明,GOS能够提高菌株1M25的定殖强度并延长定殖时间（菌数提高10~2CFU/g粪便,定殖时间超过14天）,还能够提高其代谢活性（小鼠粪便中乙酸、丙酸和总短链脂肪酸含量增加）。但对于菌株FSDWF3M4,GOS既未提高其定殖强度也未延长其定殖时间（定殖1天左右）,对其代谢活性也无促进作用。总体而言,本研究表明GOS对不同宿主肠道内的假小链双歧杆菌的生长刺激作用存在差异,分离菌株进行实验发现不同宿主来源的假小链双歧杆菌利用GOS的能力不同,这可能与编码碳水化合物酯酶（CE1、CE10）的基因有关。GOS能提高特定假小链双歧杆菌菌株的定殖强度、定殖持久性和代谢活性。