植物乳植杆菌P-8连续传代过程中遗传稳定性分析

【背景】植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum) P-8是一株具有优良益生特性的乳酸菌,探究其短期连续传代过程中的遗传稳定性对评估其加工生产的稳定性有着重要的指导作用。【目的】研究植物乳植杆菌P-8在37℃恒温环境下、MRS培养基中连续传代100代过程中的遗传稳定性。【方法】在MRS培养基、37℃恒温环境下将植物乳植杆菌P-8连续传代100代,测定不同代菌株(第0、25、50、75和100代)的菌体形态和碳水化合物利用能力,并利用二代、三代测序相结合的技术完成不同代菌株全基因组测序,通过比较基因组学综合分析其在连续传代100代过程中的遗传稳定性。【结果】植物乳植杆菌P-8在连续培养100代过程中,其菌体形态和碳水化合物利用能力均无明显变化。以植物乳植杆菌P-8的原始菌株基因组作为参考,比较分析了不同代菌株的基因组稳定性,发现菌株均有单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点存在,但数量较少(SNP位点<21个)。不同代菌株基因组共线性良好,具有极高的相似性,且不同代菌株碳水化合物活性酶注释结果无显...     

锡林郭勒地区鲜马奶中细菌多样性分析

【背景】传统的酸马奶是由鲜马奶自然发酵而成,鲜马奶中的微生物在很大程度上决定了酸马奶的品质。然而,鲜马奶中的微生物组成却鲜有报道。【目的】解析鲜马奶中细菌多样性,比较分析鲜马奶和酸马奶中微生物的差异,探究马奶发酵过程中微生物的变化。【方法】采用PacBio SMRT测序技术,对6份采集自内蒙古锡林浩特牧区的鲜马奶中细菌16SrRNA基因序列全长进行测序,在种水平解析鲜马奶样品的细菌组成,并与前期同一地区的酸马奶菌群组成作对比。【结果】鲜马奶中包含大量的乳酸菌,主要为乳酸乳球菌(12.43%)、格氏乳球菌(3.53%)、肠膜明串珠菌(1.77%)等。此外还有部分板崎肠杆菌等条件致病菌的存在。马奶发酵前后菌群变化较大,鲜马奶中微生物多样性显著高于酸马奶,其中乳酸乳球菌和瑞士乳杆菌为鲜马奶和酸马奶的共有细菌。鲜马奶中的肠膜明串珠菌与乳酸乳球菌、格氏乳球菌呈正相关关系,与嗜水气单胞菌等有害菌为负相关关系,表明在马奶发酵过程中乳酸菌可能会抑制有害菌的生长。【结论】在马奶的发酵过程中,乳酸菌的大量生长抑制了马奶中有害菌生长,降低了马奶中微生物的多样性,提升了酸马奶的品质。为酸马奶的工业化生产提供了参考。     

不同分离源植物乳杆菌的群体基因组分析

【背景】植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)广泛存在于植物、乳制品、肉制品、哺乳动物和昆虫的肠道等多种生态环境中。【目的】探究不同分离源L. plantarum基因组与其所在环境是否存在潜在的联系。【方法】利用比较基因组学对126株分离自植物、乳制品、肉制品、果蝇及哺乳动物肠道和口腔等部位的L. plantarum菌株基因组进行系统发育分析和功能基因组分析,解析不同分离源菌株间的亲缘关系和进化历程。【结果】果蝇分离株的基因组大小显著高于植物、哺乳动物肠道、肉制品和乳制品分离株(P0.05),植物和哺乳动物肠道、口腔等部位与肉制品分离株的基因组大小和编码基因数量无显著差异(P0.05)。基于单拷贝基因串联和核心基因系统发育树分析均发现,果蝇分离株和乳制品分离株分别集中聚集分布在某一分支中,其余分离源均匀分布在各个分支中。附属基因分析结果与系统发育树分析结果一致。功能基因注释结果发现,果蝇分离株的环境特异性基因参与低聚果糖和几丁质代谢,乳制品分离株的环境特异性基因参与mazEF毒素-抗毒素系统和CRISPR系统。【结论】植物乳杆菌分离株为适应较为独特的果蝇和乳制品生境而发生了适应性进化。本研究为植物乳杆菌适应性进化提供了新见解,同时为解析菌株的进化历程提供了理论基础。     

副干酪乳杆菌PC-01全基因组测序及不同副干酪乳杆菌菌株比较基因组学分析

【背景】副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)作为乳酸菌中重要菌种之一,常被认为是优良益生菌开发的潜在资源。【目的】以L.paracasei PC-01和L.paracasei Zhang为例,分析不同L.paracasei的基因组差异和遗传背景,为菌株的鉴定和开发奠定基础。【方法】采用PacBioSMRT三代测序技术对L.paracasei PC-01进行全基因组测序,结合2株L.paracasei模式菌株和公开的36株全基因组数据,通过比较基因组学方法揭示39株L.paracasei菌株之间的差异。【结果】L.paracasei PC-01基因组不包含质粒,染色体大小为2 829 251 bp,GC含量为46.64%;L.paracasei Zhang包含一个质粒基因组大小为2 898 456 bp,GC含量为46.51%;不同L.paracasei菌株基因组大小、质粒数及GC含量均存在一定差异。L.paracasei群体为开放式基因组,基因组具有高度多样性。基于核心基因构建系统发育树对于L.paracasei种内区分效果最好,L.paracasei PC-01和L.paracasei Zhang处于不同的进化分支。约占L.paracasei PC-01基因组长度91%的片段与L.paracasei Zhang基因组匹配率大于90%,L.paracasei PC-01注释到10个与转录调节鼠李糖代谢功能相关的特有基因,如agu A、clp B等;L.paracasei Zhang包含msh A、ltr A等特有基因,与糖基转移等功能相关。【结论】通过比较基因组学揭示L.paracasei PC-01和L.paracasei Zhang的遗传信息,解析了不同L.paracasei菌株之间的差异,为L.paracasei的鉴定和应用奠定了遗传学基础。     

副格氏乳杆菌IMAU FB017的遗传背景和益生相关基因分析

【目的】副格氏乳杆菌(Lactobacillus paragasseri)作为格式乳杆菌(Lactobacillus gasseri)的近源物种,是肠道、生殖道重要菌种之一。本研究团队前期发现L. paragasseri IMAU FB017具有良好的胃酸和胆盐耐受性,拟从基因组水平解析IMAU FB017的遗传背景和功能基因特征,并挖掘潜在益生特性基因,为其开发利用奠定遗传学基础。【方法】采用Nanopore和Illumina两种测序技术完成了IMAUFB017全基因组测序及完成图组装,并结合NCBI已公开的18株L.paragasseri基因组序列进行比较基因组学分析。利用Roary软件识别核心基因集与泛基因集;采用Rapid Annotation using Subsystem Technology (RAST)网站对基因组进行功能注释,以探究IMAU FB017基因组特征。【结果】结果显示IMAU FB017基因组包含1条环状染色体和1个质粒,其中环状染色体大小为1 880 023 bp,GC含量为34.90%,包含1 851个蛋白质编码区(protein-coding seq...     

不同分离源粪肠球菌的毒力基因比较

【背景】粪肠球菌作为一种重要的乳酸菌在食品和医药领域应用广泛。由于很多粪肠球菌为条件致病菌,因此充分了解粪肠球菌基因组中毒力基因(Virulence genes)的携带情况对合理利用该菌种有重要的意义,但目前还没有研究专门报道不同分离源粪肠球菌基因组中毒力基因的携带情况。【目的】了解不同分离源粪肠球菌毒力基因的携带情况,评估分离自自然发酵乳制品中的粪肠球菌的安全性。【方法】利用比较基因组学方法确定107株分离自乳源、血液、尿液、粪便和水源中的粪肠球菌携带毒力基因情况,使用主成分分析比较不同分离源菌株毒力基因的差异,通过卡方检验筛查出环境特异性毒力基因。【结果】在107株粪肠球菌基因组共找到88种编码不同功能蛋白的毒力基因,其中与粘附相关的毒力基因最多。同时发现乳源分离株与其他环境分离株所携带的毒力基因没有显著差异。【结论】乳源分离株中携带的毒力基因与其他环境分离株无显著差异,表明分离自自然发酵乳制品中的粪肠球菌可能同样存在致病风险,因此在食品工业中使用粪肠球菌时一定要对菌株的安全性做全面的评估。     

比较基因组学分析不同来源罗伊氏乳杆菌基因多样性及生境适应性

【目的】研究34株不同来源罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)基因多样性及生境适应性机制,了解该菌株在肠外生境及肠内生境中适应性的异同,为L. reuteri优良菌株的开发提供理论基础。【方法】基于二代测序平台对11株源于发酵食品(酸马奶、酸粥)的L. reuteri进行测序,并应用比较基因组学将其与发酵食品、酸面团、食草动物L. reuteri分离株基因组进行比较分析。【结果】分离自酸马奶、酸粥L. reuteri基因组大小平均为2.14 Mb,GC含量平均为38.77%,且同种来源分离株系统发育关系距离较近。泛-核心基因集分别包含7242个、969个基因家族,其中酸马奶分离株特异性基因最多为459个。功能注释结果显示不同来源菌株碳水化合物、氨基酸相关基因数量及种类差异较大,仅在发酵食品和食草动物株中发现抗生素耐药性基因。注释到的碳水化合物活性酶中仅出现在发酵食品与食草动物分离株的为GH3 (β-葡萄糖苷酶等)和GH43 (β-木糖苷酶等),特有的分别为AA3 (纤维二糖脱氢酶等)和GH66 (葡萄糖转移酶等)。【结论】不同来源L. reuteri具有广泛的基因多样性,与生存环境密切相关。发酵食品分离株具有部分食草动物肠道菌株特性且具有其独特的环境适应性特征,体现了与宿主有关的环境适应能力,可加深对食品发酵和肠内环境中细菌生境适应性的理解。     

基于全基因组关联分析研究粪肠球菌发酵食品分离株的耐药性

【目的】研究15株分离自自然发酵食品的粪肠球菌(Enterococcus faecalis)和1株粪肠球菌模式株对15种(1种β-内酰胺类和14种非β-内酰胺类)抗生素的耐药性,并通过菌株耐药表型与基因型的关联分析找到粪肠球菌潜在的耐药基因。【方法】利用微量肉汤稀释法检测试验菌株对15种抗生素的耐药性,运用Scoary软件进行表型与基因型的关联分析。【结果】16株粪肠球菌对卡那霉素、万古霉素、利奈唑胺和红霉素100%敏感;对其余11种抗生素均表现出不同程度的耐药,其中对克林霉素为100%耐药。基因组关联分析发现了9个功能基因与5种抗生素(氯霉素、环丙沙星、甲氧苄啶、新霉素和四环素)存在显著相关关系,其中基因FAM000296和FAM005768与氯霉素、甲氧苄啶和环丙沙星的耐药性有关。进一步分析发现基因FAM000296和FAM005768同被注释为Sec G,但基因FAM005768与基因FAM000296相比在3′端丢失了21个碱基。【结论】分离自自然发酵食品的粪肠球菌对多种抗生素具有耐药性,其基因组中携带有潜在的耐药基因。因此,对分离自自然发酵食品的粪肠球菌需要进行全面的安全性评估后方可考虑应用。     

Limosilactobacillus fermentum F-6的遗传背景和功能基因组

【目的】Limosilactobacillus fermentum具有增强免疫力、产胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)等多种功能特性,广泛应用于食品领域,具有较高经济价值。本文从群体遗传学角度,解析L. fermentum F-6的遗传背景和功能基因特征,为其开发利用提供遗传学基础。【方法】本研究对NCBI已公开的23株L. fermentum全基因组序列和1株模式菌株ATCC 14931T的基因组序列进行比较基因组学分析。利用Roary软件识别核心基因集与泛基因集;采用rapid annotation using subsystem technology(RAST)网站对基因组进行功能注释,以探究F-6基因组特征。【结果】以识别到的997个核心基因构建系统发育树,发现聚类趋势与分离源无关,但F-6与3株食品分离株聚在同一分支。功能注释分析发现,24株L. fermentum中仅F-6含有参与支链氨基酸合成途径的基因(ilvD、leuA等),可为机体提供必需氨基酸。F-6含有大量编码糖基转移酶和UDP-葡萄糖4-表异构酶的基因,且含有1个完整的eps基因簇。与其他L...     

干酪乳杆菌的近缘种及亚种部分看家基因的系统发育分析

【背景】16S rRNA基因序列分析已广泛应用于细菌的分类鉴定,但是存在一定局限性,而使用看家基因作为分子标记在近缘种及亚种间的系统发育分析中具有其独特的优势。【目的】研究16S rRNA、uvr C (核酸外切酶ABC,C亚基)和mur E (UDP-N-乙酰胞壁酰三肽合酶)基因序列对干酪乳杆菌的近缘种及亚种的区分能力。【方法】采用分离自传统发酵乳中的6株干酪乳杆菌为研究对象,选取uvr C和mur E基因片段,通过PCR扩增、测序,结合已公布的干酪乳杆菌的近缘种或亚种的相应序列计算遗传距离、构建系统发育树,并与16S rRNA基因序列分析技术进行比较。【结果】研究发现Lactobacilluscasei及相近种间的uvr C、mur E和联合基因(uvr C-mur E)构建的系统发育树拓扑结构与16S rRNA基因结果基本一致,区别在于相似性的不同,其分别为79.00%-99.16%、89.08%-99.20%、76.56%-99.69%和99.58%-100%。基于16S rRNA基因不能区分干酪乳杆菌的近缘种及亚种,而看家基因uvr C和mur E基因序列能够很好地区分干酪乳杆菌的近缘种及亚种,并且将uvr C和mur E基因串联使用后,试验菌株与参考菌株的分类关系更加清晰。【结论】联合基因(uvr C-mur E)可作为16SrRNA基因的辅助工具用于干酪乳杆菌的近缘种及亚种的快速准确鉴定。