【摘 要】
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研究背景近些年来,肠道微生物组学的迅猛发展已经揭示了人类健康与肠道微生物息息相关,益生菌作为能干预肠道微生物组从而改善人类健康状况的手段之一,也备受关注。乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）是一种可靠的细菌素生产者,广泛用于在食品储存期间的保存和安全保证。此外,乳酸片球菌的益生功能也受到广泛关注,例如可以调节肠道免疫、降低胆固醇和甘油三酯等。尽管其应用前景广阔,但由于不同
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研究背景近些年来,肠道微生物组学的迅猛发展已经揭示了人类健康与肠道微生物息息相关,益生菌作为能干预肠道微生物组从而改善人类健康状况的手段之一,也备受关注。乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）是一种可靠的细菌素生产者,广泛用于在食品储存期间的保存和安全保证。此外,乳酸片球菌的益生功能也受到广泛关注,例如可以调节肠道免疫、降低胆固醇和甘油三酯等。尽管其应用前景广阔,但由于不同的乳酸片球菌可能具有不同的功能,造成市场上包含乳酸片球菌的益生菌产品功效很难正确评估并使用。对该物种的基因组、遗传特征和潜在功能进行全面解析是精准开发乳酸片球菌益生产品并合理使用的前提。研究方法1.对乳酸片球菌JQⅡ-5分别在Pacbio RSⅡ和Illumina Hiseq平台上完成全基因组测序,通过基因组组装获得完成图信息,完成基因预测及注释,了解其基因组特征,并在基因组层面评估其安全性和益生特性。2.对包含乳酸片球菌JQⅡ-5在内的41株乳酸片球菌进行泛基因组分析、系统进化分析、细菌素编码基因挖掘、碳水化合物代谢能力预测以及包含CRISPR/Cas系统在内的可移动遗传元件分析。研究结果1.通过全基因组测序及拼接得到乳酸片球菌JQⅡ-5的基因组完整序列（Genbank登录号:CP023654）。乳酸片球菌JQⅡ-5基因组仅包含一条2,085,679bp的环状染色体,平均GC含量为42.16%,编码2035个基因。基因组中包含5套16s-23s-5s核糖体RNA操纵子,56个转运RNA。2.乳酸片球菌JQⅡ-5含有1个完整的噬菌体,6个基因岛片段,1个胞外多糖基因簇,不含毒力基因、抗生素抗性基因和次级代谢产物合成基因。3.乳酸片球菌的泛基因组呈开放趋势,而且泛基因组中含有75%的非必需基因。4.在乳酸片球菌的进化分析中,两两基因组之间平均核苷酸一致性均大于96%,无亚种。系统进化树中除了G类群中的五株菌,其余均和功能基因组分布树中的聚类簇不同。5.在41株乳酸片球菌中发现了3种细菌素,即片球菌素PA-1、肠溶素A和大肠菌素B,编码肠溶素A和大肠菌素B的基因与来自其他菌种的噬菌体和质粒基因同源。6.碳水化合物代谢分析中,大多数乳酸片球菌可以代谢植物多糖和乳糖。7.许多乳酸片球菌菌株含有不同比例的外源基因,参与构成多种可移动遗传原件,包括转座因子、质粒和原噬菌体。针对可移动遗传原件,在32株乳酸片球菌基因组中发现Ⅱ-A型CRISPR/Cas位点,CRISPR基因座中的DR序列属于Lsal1家族,而且高度保守。研究结论1.乳酸片球菌JQⅡ-5基因组稳定,安全性高,有抗极端环境的潜力,可以作为益生菌和发酵剂在食品中应用。2.乳酸片球菌物种有较高的遗传多样性,可以不断地与外界环境进行基因交流,以适应恶劣的周围环境。3.很多乳酸片球菌基因组虽然基因含量相似,但共线性低,暗示着乳酸片球菌物种在进化过程中发生了大量的基因重排事件。4.乳酸片球菌功能基因差异主要体现在细菌素产生、碳水化合物利用、基因水平转移相关基因（CRISPR/Cas与可移动遗传元件）的差异。5.水平转移（Horizontal Gene Transfer,HGT）事件是乳酸片球菌种进化的重要驱动力,其可能就是通过HGT事件从其他物种中获得了产生肠溶素A和大肠杆菌素B的能力,这为研究物种间的进化关系提供了新的视角。6.大多数乳酸片球菌可以发酵植物多糖和乳糖,可以用作肠道益生菌补充剂和乳制品发酵剂。
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