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γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid,GABA)是由谷氨酸脱羧酶催化L-谷氨酸产生的非蛋白质氨基酸,广泛存在于微生物,植物和动物中,并且具有重要生理功能,如降血压、抗抑郁、利尿作用和安神效果。GABA在动植物中含量很低,很难提取,因此微生物是产GABA的主要来源。乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)是食品级微生物,具有直接生产富含GABA的功能性食品的潜力。乳酸菌菌种多样,准确鉴定菌株以确定菌株的遗传特性尤为重要,为后续优良菌株的筛选及分离高产GABA的菌株奠定基础。本课题采用16S r RNA和特异种属PCR扩增技术对68株实验室分离菌株进行鉴定,发现有11株嗜热链球菌,21株植物乳杆菌;其余36株菌株属于副干酪乳杆菌。为获得了产GABA的乳酸菌,对分离菌株进行gad基因检测。结果发现嗜热链球菌、副干酪乳杆菌均不含有gad基因,植物乳杆菌均含有gad基因。为进一步确定上述含有gad基因乳酸菌产GABA的能力,本研究采用纸层析色谱和液相色谱相结合方法,检测菌株GABA合成能力,确定植物乳杆菌LP-F1为高产GABA菌株。研究表明,培养条件对GABA的生产起着重要作用。因此本研究通过对发酵条件中p H值、温度、谷氨酸钠(monosodium glutamate,MSG)含量、磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate,PLP)含量等关键因素进行了优化实验。综合优化结果分析发现,p H值、温度、MSG含量、PLP含量的变化均可以影响该菌株的GABA产量。实验得到的最优条件为:p H 6.5、MSG含量2%、温度42℃、PLP浓度为50μM。优化后,LP-F1菌株的GABA产量由707.70 mg/L提高到1065mg/L,GABA产量增加了50.48%。同时,利用两种生产GABA的LAB共培养也是提高GABA产量的方法,因此本研究利用植物乳杆菌与嗜热链球菌共培养,通过改变接种比例初步探索菌株共生对GABA含量的影响,本研究结果表明共生对GABA含量的影响不明显。本研究对高产GABA的植物乳杆菌LP-F1进行全基因组测序,并着重分析该菌株的GABA合成途径,拟揭示其GABA合成的机制。同时对合成叶酸和核黄素的关键基因和合成调控进行生物信息学分析,利用已公布全基因组序列的L.plantarum WCFS1、JDM1、ST-III、J26等15株菌株进行比较基因组分析。对各菌株谷氨酸代谢,叶酸代谢、核黄素代谢的关键基因着重分析。旨在全面深入了解L.plantarum LP-F1的特性,为其今后工业应用奠定理论和实验基础。分析发现,L.plantarum LP-F1含有谷氨酸脱羧酶基因gad,具有合成GABA的潜力,这与菌株的GABA合成能力检测试验结果一致。同时该菌株,含有大部分谷氨酸代谢关键基因,并且含有完整的核黄素代谢、叶酸代谢关键基因,因此推测该菌株可以合成核黄素和叶酸。参比菌株分析发现,参比菌株均含有gad基因,因此推测参比菌株均可以合成GABA;L.plantarum 16、ST-III、CAUH2等菌株具有完整合成叶酸与核黄素的关键基因,因此上述菌株可以合成叶酸与核黄素;而其他参比菌株缺少相关基因或含有假基因,因此不能同时合成叶酸与核黄素。