乳酸乳球菌乳酸亚种是乳品工业中常用的发酵剂菌种之一。研究表明乳酸乳球菌乳酸亚种环境区位的多元化可能赋予菌株在乳制品之外体系的应用潜力,但迄今为止的研究多聚焦于分离自乳体系的菌株,尚需要对来自其他分离源的乳酸乳球菌乳酸亚种菌株的基因组特征、发酵特性等进行研究;挖掘乳酸乳球菌乳酸亚种内的亚群规律以及发酵过程中物质转化和代谢规律。本研究对75株乳酸乳球菌基因组进行了平均核苷酸同源性分析、同源基因分析及泛基因组和核心基因组分析,对基因组中与发酵特性相关的糖苷水解酶家族基因、风味合成相关基因及细菌素合成基因进行了预测;分析了34株乳酸乳球菌乳酸亚种菌株对22种碳水化合物的利用能力,从生长产酸特性、酶学特性、乳糖与果糖苷代谢特性等进行了研究,并与相关基因型进行关联性分析;最后分别在牛乳和豆乳体系中对菌株的基本发酵特性和代谢特性进行了解析与验证。通过基因组分析发现乳酸乳球菌乳酸亚种菌株在系统发育分析中可以分为环境型和乳体系适应型两个亚群,其中环境型菌株主要分离自植物、人群粪便及生牛乳样品,乳体系适应型菌株主要分离自乳及乳制品。两个亚群在碳水化合物利用、蛋白水解及细菌素合成方面存在显著差异,与乳体系适应型菌株相比,环境型菌株具有更多种类的糖苷水解酶家族基因和细菌素合成编码基因,而胞壁蛋白酶编码基因主要分布在乳体系适应型菌株中。通过碳水化合物利用能力的分析,发现乳酸乳球菌乳酸亚种菌株普遍具有葡萄糖、果糖、甘露糖、海藻糖、半乳糖和麦芽糖的利用能力,其中8株环境型菌株具有利用低聚木糖、低聚果糖、低聚半乳糖和木聚糖等多种低聚糖的能力,仅有5株菌株具有阿拉伯糖利用能力。此外,共有13株乳酸乳球菌乳酸亚种菌株具有快速利用乳糖的能力,其中3株属于环境型菌株,9株菌属于乳体系适应型菌株。通过基因组功能预测发现在乳酸乳球菌乳酸亚种中乳糖代谢途径的分布存在4种情况,其中具有磷酸转运系统/塔格糖-6-磷酸（PTS-T6P）途径的菌株乳糖条件下生长产酸特性优良,乳糖代谢速率快,具有显著的6-磷酸-β-半乳糖苷酶活力,仅含有透性酶-Leloir途径的菌株生长产酸特性差,乳糖代谢速率缓慢,而两条途径均缺失的菌株几乎不能代谢乳糖。另外,乳酸乳球菌乳酸亚种菌株中存在3种果糖苷转运代谢途径,根据编码基因在不同果糖苷条件下的表达水平,发现PTS和超家族转运体代谢途径对蔗糖和低聚果糖代谢具有重要作用,而ABC转运体代谢途径主要作用于菊粉代谢。结合代谢组学方法、发酵指标和感官评价对菌株在牛乳体系的发酵特性进行研究,结果表明菌株DSCAB11M15和DYNDL21-2在牛乳发酵中具有优良的生长产酸特性,发酵8 h能够完全凝乳,样品中的差异代谢物主要与微生物的丙酮酸代谢、三羧酸循环和氨基酸代谢途径相关,乳酸、乙醛、乙偶姻、2,3-丁二酮及γ-氨基丁酸等重要非挥发性及挥发性物质显著上调,说明能够赋予发酵乳优良的风味特性及附加功能价值。另外,菌株DYNDL21-2的发酵乳中3-甲基丁醛丰度显著上调,赋予该样品在感官评价中特殊的焦香和焦糖风味。乳酸乳球菌乳酸亚种在豆乳体系中的发酵研究表明菌株DYNDL21-2、DYNDL1-2和FJNDD18M8在豆乳体系中具有优良的生长产酸特性,发酵6 h后能够完全凝乳,己醛和多种呋喃类杂环化合物的丰度显著下降,能够有效降低豆腥味的强度,另外菌株FJNDD18M8的发酵豆乳中乙醛、乙偶姻及2,3-丁二酮等物质的显著上调能够提高产品的奶香和奶油风味。综上所述,乳酸乳球菌乳酸亚种碳水化合物代谢和蛋白水解相关基因随种内进化表现出分布规律,赋予菌株不同的发酵代谢特性,其中PTS-T6P途径是乳糖代谢的主要途径,含有胞壁蛋白酶编码基因的菌株DSCAB11M15和DYNDL21-2发酵后氨基酸丰度增加,其中菌株DYNDL21-2由于具有α-酮酸脱羧酶基因能够产生更高丰度的氨基酸代谢产物。