【摘 要】
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肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)是一种常见于自然发酵乳、泡菜中的异型发酵革兰氏阳性菌,是重要的乳酸菌菌种之一。因其优良的产胞外多糖、细菌素能力及产酸特性,常被作为发酵剂应用于食品工业中。目前多数研究集中于优良特性肠膜明串珠菌株的筛选,其遗传多样性和功能基因组相关研究的缺乏限制了其进一步开发和利用。系统解析肠膜明串珠菌遗传多样性和功能基因组特征对开发利用肠膜明串珠菌
【基金项目】
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内蒙古自治区科技重大专项(2021ZD0014),主持人:张和平;
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肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)是一种常见于自然发酵乳、泡菜中的异型发酵革兰氏阳性菌,是重要的乳酸菌菌种之一。因其优良的产胞外多糖、细菌素能力及产酸特性,常被作为发酵剂应用于食品工业中。目前多数研究集中于优良特性肠膜明串珠菌株的筛选,其遗传多样性和功能基因组相关研究的缺乏限制了其进一步开发和利用。系统解析肠膜明串珠菌遗传多样性和功能基因组特征对开发利用肠膜明串珠菌具有深远意义。本研究依托内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库,使用Illumina Novaseq高通量测序平台对80株分离自中国内蒙古自治区、四川省、甘肃省、新疆维吾尔自治区自然发酵乳制品的菌株进行全基因组测序,结合NCBI已公布的98株肠膜明串珠菌的全基因组序列,进行群体遗传学和功能基因组学分析,获得结果如下:(1)178株肠膜明串珠菌基因组大小1.92±0.15 Mb,GC含量37.75±0.20%。构建其核心基因-泛基因集,其泛基因组属于开放型基因组。群体重组率较低。(2)基于735个核心基因构建系统发育树进行分析,结果表明,178株肠膜明串珠菌群分为4个支,其遗传进化具有分离地及分离源相关性,四川与甘肃地区菌株亲缘关系较近。对菌株基因组特征与环境因素进行ANOVA分析,可知菌株基因组特征在不同环境下差异显著,即肠膜明串珠菌具有生境适应性。(3)以ATCC8293T为参考基因组,178株肠膜明串珠菌共鉴定到68213个SNP位点。不同乳制品分离株中共注释到10个均受正向选择压力的基因,主要功能包括叶酸代谢、转录调节、还原特性等功能。(4)功能基因注释结果显示,178株肠膜明串珠拥有丰富的碳水化合物水解酶系统。且不同乳制品分离源存在差异;牦牛奶乳含铁量较高,其AA1家族水解酶显著高于其他分离源菌株;因奶酪质地不同,GT8家族水解酶显著高于其他分离源。85%以上参与研究的菌株存在细菌素基因,分离自发酵剂的菌株由于长期处于营养丰富的环境中,造成了基因组丢失。综上所述,分离于自然发酵乳中肠膜明串珠菌群体具有较高的遗传多样性与较强的生境适应性,并且呈现明显的分离源聚集趋势,其包含丰富的碳水化合物水解酶系统及较强的产细菌素能力,本研究为肠膜明串珠菌的进一步开发利用奠定坚实的遗传学基础。
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