一株高产苯乳酸的古墓土壤葡糖醋杆菌FBFS97的全基因组测序与分析

【背景】苯乳酸(phenyllactic acid,PLA)是一种应用潜力巨大的天然广谱抑菌物质。本课题组前期分离得到一株高产PLA的醋酸菌(acetic acid bacteria,AAB)——葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter sp.)FBFS97,但尚未鉴定到种,而且其产PLA的分子机理尚不清楚。【目的】确定FBFS97的种属关系,解析FBFS97的遗传信息,特别是与PLA产生相关的基因。【方法】采用光学显微镜和扫描电镜对FBFS97的菌体形态进行表征,通过16S rRNA基因序列分析对FBFS97进行分类鉴定,并以高效液相色谱分析苯丙氨酸对其产PLA的影响。在此基础上,对FBFS97进行全基因组测序、拼接和基因预测,并进行GO/COG聚类、KEGG代谢通路和VFDB毒力等分析,以及PLA生物合成途径的预测。【结果】根据16S rRNA基因序列的比对结果,结合形态学分析,该菌被鉴定为古墓土壤葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter tumulisoli)。将1 000 mg/L苯丙氨酸添加到FBFS97液体培养基中,发酵液中PLA最高浓度可达400 mg/L,为对照组的8倍。该菌的基因组大小为3 988 308 bp,(G+C)mol%含量为66.62%,编码基因3 500个;KEGG代谢通路分析表明,该菌基因组中存在经莽草酸途径合成PLA的所有基因;VFDB毒力预测结果显示,该菌基因组中不存在产生毒素的相关基因。【结论】首次报道了一株高产PLA的AAB——古墓土壤葡糖醋杆菌FBFS97的全基因组序列信息,并发现该菌株的基因组中含有合成PLA的所有相关基因,为后续进一步研究FBFS97产生PLA的生物合成途径提供了理论依据。     

耐乙酸乳杆菌的筛选及其产乳酸特性

【背景】耐受乙酸的乳酸菌是传统谷物醋醋酸发酵过程中产生乳酸及其风味衍生物的重要功能微生物。【目的】从镇江香醋醋醅中分离鉴定具有耐乙酸特性的乳酸菌,并评价不同条件下该菌株的产乳酸能力。【方法】利用4%(体积比)乙酸含量的MRS培养基分离耐乙酸乳酸菌;对其进行16S rRNA基因鉴定、基因组测序、形态观察以及生理生化特性研究;考察不同乙酸浓度、葡萄糖浓度、发酵温度和时间对菌株产乳酸能力的影响。【结果】分离得到一株可耐受6%乙酸的乳杆菌Lactobacillus sp. JN500903;在厌氧静置、接种量5%、乙酸浓度5%、葡萄糖浓度40 g/L、发酵温度37°C、发酵时间10 d条件下,该菌株乳酸产量为16.1 g/L。【结论】乳杆菌JN500903能够耐受6%乙酸浓度,具有在酸性环境下合成乳酸的能力,有一定的应用潜力。     

16S rRNA和recA、groEL基因分类鉴定乳酸乳球菌乳酸亚种和乳脂亚种的比较

【目的】比较16S rRNA和recA、groEL基因部分序列用于乳酸乳球菌乳酸亚种和乳脂亚种分类鉴定的效果。【方法】对已鉴定的8株分离自传统发酵乳的乳酸乳球菌, 选取recA和groEL基因片段, 通过PCR扩增、测序, 将测序得到的序列比对后构建系统发育树, 并与16S rRNA基因序列分析技术进行比较。【结果】比较分析不同菌株16S rRNA和recA、groEL基因的亲缘关系, recA、groEL基因可以准确地完成乳酸乳球菌乳酸亚种和乳脂亚种的区分和鉴定。【结论】recA和groEL基因序列分析可以实现乳酸乳球菌乳酸亚种和乳脂亚种的区分, 因其具有快速、准确、稳定的特点, 可适合于乳酸乳球菌乳酸亚种和乳脂亚种间的快速分类鉴定。     

猪消化道中产苯乳酸乳酸菌的益生特性研究

【目的】建立一种简单有效的产苯乳酸乳酸菌的筛选方法,并筛选到高产苯乳酸的乳酸菌。【方法】菌株经过添加了苯丙氨酸的培养基厌氧培养后,利用高效液相色谱法检测发酵液中苯乳酸的含量。【结果】从猪的消化道中共分离得到31株产苯乳酸的乳酸菌,其中菌株R53的苯乳酸产量最大,为321.7 mg/L。菌株R53对.OH、O2和DPPH都有清除能力,清除率分别达到11.2%、52.7%和63.2%。同时R53也能降低培养基中胆固醇的含量,清除率为32.5%。【结论】乳酸菌R53经菌落形态、细胞形态、生化反应实验、16S rDNA测序,最终确定为植物乳杆菌。植物乳杆菌R53能产生苯乳酸,具有清除胆固醇和抗氧化能力。     

一株从中国新疆地区的酸马奶中分离出的新菌株,乳酸乳球菌乳酸亚种KLDS4.0325的全基因组序列(英文)

【目的】为了阐明乳酸乳球菌乳酸亚种KLDS4.0325的生理及代谢机制,并对其重要功能基因进行挖掘,我们对菌株KLDS4.0325的全基因组序列进行测定和基因组图谱的绘制,并利用生物软件和数据库完成对序列的注释及相关功能性分析。【方法】在菌株序列完成测序、组装和注释后,根据序列信息进行全基因组图谱的绘制,并对菌株的蛋白质水解系统、氨基酸来源的风味形成途径和B-族维生素合成途径进行了比较基因组分析,并对细菌素合成基因组和冷应激蛋白基因进行了预测。【结果】菌株KLDS4.0325基因组全长2589250 bp,G+C含量为35.4%,共预测出2662个开放阅读框,其中1310个具有潜在的生物学功能。菌株可以有效的对细胞外蛋白质进行有效的水解,具有潜在的降低苦味肽以及产生一系列能够抑制血管紧张素转化酶活性的活性肽。在转氨途径方面,菌株KLDS4.0325具有较为完成的酶系统,可以催化相关氨基酸转化为风味物质。在菌株KLDS4.0325的基因组中,我们发现了较多编码糖转运、代谢以及L-乳酸合成的基因。关于叶酸和核黄素合成途径的编码基因在菌株KLDS4.0325的基因组中也较为完整。此外,我们在菌株KLDS4.0325的基因组中预测出了一个关于乳球菌素的基因簇和两个冷应激蛋白Csp D和csp E的编码基因。【结论】这些编码菌株显著特性基因的存在为菌株KLDS4.0325能够进行工业发酵提供了理论基础,并为其进一步研究提供了方向。     

木糖发酵生产高纯度D-乳酸大肠杆菌工程菌LHY02的构建

高效利用木糖发酵生产D-乳酸或其他生物质产品,是充分利用木质纤维素的一个关键问题。以高效利用木糖产L-乳酸的Escherichia coli WL204为出发菌株,采用RED基因置换技术将ldhL基因置换为ldhA基因,获得一株能利用木糖产D-乳酸的大肠杆菌工程菌株Escherichia coli LHY02,该菌株利用10%木糖发酵,D-乳酸产量达到84.4 g/L,产物光学纯度达到99.5%。此外,该菌株仍然具有较好的利用葡萄糖产D-乳酸的能力。     

一株瘤胃源乳酸利用菌的分离鉴定及其体外代谢特性

【目的】从饲喂高精料的本地山羊瘤胃内分离到一株利用乳酸并能产生大量丙酸的菌株L9,并进一步研究了该菌在调控瘤胃微生物发酵中的作用。【方法】采用厌氧培养技术,结合形态、生理生化特性和16SrRNA基因序列分析结果。【结果】该菌株被鉴定为反刍兽新月形单胞菌（Selenomonas ruminantium）。该菌株体外代谢特性研究表明,L9可利用乳酸作为唯一碳源,该菌在24h内可对90mmol／L的乳酸完全降解。体外摸拟瘤胃急性酸中毒的发酵试验结果表明,以淀粉为底物时,与对照组相比,添加菌株L9可显著降低瘤胃微生物体外培养体系中乳酸浓度,提高pH值,提高总挥发性脂肪酸和丙酸浓度,并显著降低乙酸与丙酸的浓度比（P〈0．05）。【结论】结果显示,菌株L9是一株可代谢乳酸,促进丙酸生成,提高总挥发性脂肪酸浓度的有益瘤胃细菌。     

Pfk基因过表达对乳酸乳球菌N8产nisin速率的影响

【目的】通过基因工程手段增加糖酵解途径中编码限速酶6-磷酸果糖激酶基因Pfk在乳酸链球菌素(nisin)产生菌Lactococcus lactis N8中的表达,增快nisin的产生,从而提高单位时间内nisin的产量,缩短发酵周期。【方法】将pfk基因及编码以c AMP为依赖的蛋白激酶催化亚基基因pka C克隆到表达质粒p MG36e上,将共表达重组质粒转入L.lactis N8中,使Pfk-pka C基因过量表达,得到重组菌株L.lactis N8-p MG36epfk-pka C,并比较该重组菌株与野生菌的生长曲线、胞内6-磷酸果糖激酶活性、发酵上清液的抑菌活性及效价,并从转录水平分析两株菌nis A及pfk-pka C的转录差异,比较野生菌与重组菌在不同葡萄糖含量下培养产nisin的变化。【结果】Pfk基因与pka C基因的过表达对重组菌的生长速度没有明显的影响,却能提高重组菌产nisin的速度,在发酵10 h时nisin的产量比野生菌提高了20%,使得发酵周期缩短近2 h。野生菌及重组菌在不同葡萄糖含量下培养发酵上清液的nisin效价没有明显的变化。【结论】糖酵解途径中6-磷酸果糖激酶基因Pfk的过表达可以加快乳酸乳球菌N8产nisin的速率,缩短发酵周期。     

芽孢杆菌P38中乳酸脱氢酶对其产L-乳酸光学纯度的影响

【目的】研究芽孢杆菌(Bacillus sp.) P38中乳酸脱氢酶对其产高光学纯L-乳酸(光学纯度>99%)的影响。【方法】全基因组测序显示在该菌中存在3个乳酸代谢关键酶,分别为L-乳酸脱氢酶(L-LDH)、D-乳酸脱氢酶(D-LDH)和苹果酸或L-乳酸脱氢酶(M/L-LDH)。通过将这3个酶进行异源表达、纯化与酶学特性分析,结合Native-PAGE、实时荧光定量PCR等方法,初步确定该菌高产光学纯L-乳酸的机理。【结果】Bacillus sp. P38中L-LDH对丙酮酸的催化活性(Kcat/Km值)最高,分别是D-LDH的2.9倍和M/L-LDH的4.3倍。其中M/L-LDH主要起L-LDH的功能。Native-PAGE实验中未检测到D-LDH活性。Bacillus sp. P38所有发酵阶段ldhL的转录水平均高于ldhD和ldhM/L。【结论】L-LDH是Bacillus sp. P38产高光学纯L-乳酸的主要关键酶。     

一株耐受低pH、高浓度乳酸及琥珀酸菌株的筛选与鉴定

【目的】通过构建的人工耐酸系统,筛选耐受低pH值、乳酸及琥珀酸的菌株。【方法】构建人工耐酸系统长期驯化菌株,利用不同p H的酸性平板进行筛选,从环境中筛选出一株对低p H值、高浓度乳酸以及琥珀酸有很好耐受性的菌株。通过形态学特征、生理生化特征研究,并结合18S rDNA基因序列分析及分子系统发育树的构建结果,确定菌株的种类。【结果】经过酸性人工系统的长期驯化,筛选分离出一株耐受低pH值、高浓度乳酸以及琥珀酸的菌株WJ-2,经鉴定该菌株为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),其最适生长温度为30°C。酸性平板实验显示该菌株能够耐受pH2.5的酸性环境,同时对9%的乳酸及8%的琥珀酸也有很好的耐受性。另外,耐酸菌株WJ-2在pH 2.5、9%乳酸和8%琥珀酸的培养环境中仍能保持相对中性的细胞内pH值。【结论】通过构建人工酸性系统,成功筛选出一株对低pH值、高浓度乳酸以及琥珀酸具有耐受性的菌株——酿酒酵母菌WJ-2,该方法可为筛选具有特定耐受能力菌株提供一个新思路。     

出芽短梗霉菌株PA-2全基因组测序及分析

【背景】出芽短梗霉菌株PA-2是一株分离自青海省海东市平安区患病杨树叶片上的真菌,前期研究表明该菌株具有除草和抑菌能力,说明其在生物农药方面具有潜在的应用前景。【目的】了解菌株PA-2的基因组序列信息,挖掘其生防相关功能基因簇,为进一步研究解析该菌株生防机理及生防功能改造提供遗传背景信息。【方法】利用IlluminaHiSeq高通量测序平台对生防菌株PA-2进行全基因组测序,用生物信息学的方法对测序数据进行基因组组装、基因预测及功能注释、碳水化合物活性酶预测、次级代谢产物合成基因簇预测,利用刚果红染色等方法对水解酶活性进行衡量。【结果】菌株PA-2基因组序列全长28 932 793 bp,平均GC含量为50%,共编码10 839个基因,预测到该菌株具有4个已知的次级代谢产物合成基因簇,编码Melanin、Burnettramic Acid A、ACR-Toxin I、Abscisic Acid,该菌株能水解纤维素和果胶。【结论】有助于在基因组层面上解析菌株PA-2生防机制的内在原因,为深入了解出芽短梗霉菌次级代谢物合成途径提供参考,对菌株PA-2的下一步相关研究具有重要意义。     

一株降解纤维素放线菌的产纤维素酶基因克隆与表达

【背景】纤维素在自然界中储量丰富,但天然纤维素的难降解性成为广泛应用纤维素资源的壁垒,近年来利用微生物来降解纤维素成为热点研究。【目的】筛选分离得到一株具有降解纤维素功能的放线菌菌株Lb1,通过全基因组测序确定其产纤维素酶关键基因5676,对基因5676进行克隆转化,使其在大肠杆菌中进行表达。【方法】通过基因工程技术将产纤维素基因连接到表达质粒上并导入表达菌株,对其降解纤维素生成葡萄糖的能力进行探究。【结果】将Lb1菌株的16S rRNA基因进行比对,确定菌株Lb1属于链霉菌属,命名为Streptomyces sp. Lb1。成功构建出纤维素酶表达载体,并且导入表达菌株大肠杆菌BL21(DE3),重组菌株的产纤维素酶能力大于空载菌株。【结论】通过基因工程技术成功克隆出产纤维素酶基因,从而表达纤维素酶,为今后利用微生物降解纤维素的大规模应用提供参考。     

代谢工程改造野生耐酸酵母生产L-乳酸

以选育低pH条件下高产L-乳酸的酵母菌为目的,从自然样品中筛选分离得到一株能在pH 2.5 (乳酸调节) 的培养基中生长且不利用乳酸的酵母 (初步鉴定为木兰假丝酵母Candida magnolia);进一步将来源于米根霉As3.819的乳酸脱氢酶编码基因 (ldhA) 插入含有G418抗性基因的酵母穿梭载体,构建了重组质粒pYX212-kanMX-ldhA,电转化入野生型C. magnolia中,筛选获得了一株具有产L-乳酸能力的重组菌株C. magnolia-2;通过发酵实验表明,该重组菌产L-乳酸的最     

D-乳酸生产菌菊糖芽孢乳杆菌来源的D-乳酸脱氢酶同工酶

【目的】菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)作为典型的同型发酵产D-乳酸的优势菌株,能够高效生产高纯度的D-乳酸。该菌株发酵受到多方面环境因素影响。糖代谢的关键酶例如葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶以及乳酸脱氢酶均为由葡萄糖代谢成为乳酸的关键酶,该菌中相关代谢酶的研究是发酵调控至关重要的基础。分析S.inulinus的基因组表明有3个推测为D-乳酸脱氢酶的基因,其中已有报道研究了1个双功能蛋白[bifunctional protein(BP)]。本研究分别克隆并解析了另2个D-乳酸脱氢酶同工酶的性质。【方法】本研究以S.inulinus Y2-8基因组DNA为模板,克隆得到2个D-ldh基因(dldh、dhdh),经测序分别为D-乳酸脱氢酶[D-lactic acid dehydrogenase(DLDH)]和D-羟基酸脱氢酶[D-isomer specific 2-hydroxyacid dehydrogenase(DHDH)]的基因。构建的重组菌表达蛋白DLDH,DHDH均具有催化丙酮酸生成D-乳酸的功能。【结果】重组菌表达的蛋白经镍柱亲和层析达到电泳纯。SDS-PAGE分析表明DLDH的表观分子量为37 k Da,DHDH的表观分子量为39 k Da。此外,DLDH以丙酮酸为底物时Km值为(0.58±0.04)mmol/L,对底物有较高的亲和力,最适反应温度为35°C,最适p H为6.5;而DHDH以丙酮酸为底物时Km值为(1.70±0.08)mmol/L最适反应温度为30°C,最适p H为7.5。另有报道的BP以丙酮酸为底物时Km值为(3.40±0.02)mmol/L,最适反应温度为30°C,最适p H为5.5。【结论】根据对底物丙酮酸的亲和力,最适温度及最适p H,推测DLDH是乳酸发酵中产D-乳酸的主导催化剂。结合相关酶学性质的分析可为今后的发酵调控提供理论依据。     

尼古丁降解菌SCUEC1菌株的分离及其降解基因

【目的】分离并鉴定1株具有尼古丁降解能力的细菌,研究其尼古丁降解特性并对其降解基因进行分析,为尼古丁微生物降解提供基础。【方法】从烟草种植地土壤中分离1株具有尼古丁降解能力的细菌,通过16S r RNA基因和生理生化特性对该菌株进行鉴定,检测该菌株尼古丁降解率与生长量的关系,并进一步对该菌株进行尼古丁浓度耐受性测定,采用高通量测序技术对菌株进行全基因组测序,BLAST比对分析尼古丁降解相关基因。【结果】筛选到1株具有尼古丁降解能力的细菌,经鉴定命名为根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumerficience)SCUEC1菌株,根癌土壤杆菌SCUEC1菌株尼古丁降解率可达到94.81%,该菌株在尼古丁浓度为0.50–5.00 g/L范围内生长良好且有较高的尼古丁降解能力。对根癌土壤杆菌SCUEC1菌株全基因组序列进行BLAST比对分析,推测该菌株的尼古丁降解代谢途径与中间苍白杆菌SYJ1菌株的尼古丁降解途径相似。【结论】本研究揭示了Agrobacterium tumerficienceSCUEC1菌株具备尼古丁降解特性,初步推测出尼古丁降解相关基因和降解代谢途径,为尼古丁微生物降解提供基础。     

一株从红藻中分离出的产芳基硫酸酯酶的海单胞菌FW-1的全基因组测序及结果分析

【目的】海单胞菌Marinomonas sp. FW-1是1株经验证可以获得高活性芳基硫酸酯酶的菌株。为深入研究FW-1菌株产芳基硫酸酯酶机制,进一步筛选高活性的芳基硫酸酯酶基因片段,有必要解析FW-1菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对FW-1进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析等。结合异源表达的方法对其不同基因片段所产生的芳基硫酸酯酶活性进行分析。【结果】全基因组测序结果表明该基因组大小为3964876 bp,GC含量为44.03%,编码3590个蛋白基因,含有78个tRNA和25个rRNA操纵子。从全基因组测序结果中找到22个可能具有芳基硫酸酯酶活性的基因,对其中4个进一步异源表达后发现FW-1中至少含有的3个具有芳基硫酸酯酶活性的基因,其均含有芳基硫酸酯酶的特异性氨基酸基团C-X-P-X-R基团。【结论】本研究首次报道了1株含有多个芳基硫酸酯酶基因序列的菌株FW-1的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,为芳基硫酸酯酶的进一步应用提供了思路。     

一株从红藻中分离出的产芳基硫酸酯酶的海单胞菌FW-1的全基因组测序及结果分析（英文）

【目的】海单胞菌Marinomonas sp. FW-1是1株经验证可以获得高活性芳基硫酸酯酶的菌株。为深入研究FW-1菌株产芳基硫酸酯酶机制,进一步筛选高活性的芳基硫酸酯酶基因片段,有必要解析FW-1菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对FW-1进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析等。结合异源表达的方法对其不同基因片段所产生的芳基硫酸酯酶活性进行分析。【结果】全基因组测序结果表明该基因组大小为3964876 bp,GC含量为44.03%,编码3590个蛋白基因,含有78个tRNA和25个rRNA操纵子。从全基因组测序结果中找到22个可能具有芳基硫酸酯酶活性的基因,对其中4个进一步异源表达后发现FW-1中至少含有的3个具有芳基硫酸酯酶活性的基因,其均含有芳基硫酸酯酶的特异性氨基酸基团C-X-P-X-R基团。【结论】本研究首次报道了1株含有多个芳基硫酸酯酶基因序列的菌株FW-1的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,为芳基硫酸酯酶的进一步应用提供了思路。     

雄烯二酮高产菌新金分枝杆菌MN4的全基因组测序及序列分析北大核心CSCD

【目的】新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)MN4是1株经诱变育种获得的高产雄烯二酮,并且能够耐受高浓度底物植物甾醇的突变菌株。为深入研究MN4菌株耐底物的机制及雄烯二酮的生物合成途径,有必要解析MN4菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对MN4进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析以及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】新金分枝杆菌MN4基因组装获得33个Contigs,整个基因组大小为5.39 Mb,GC含量为66.9%,编码4920个蛋白基因,序列提交至Gen Bank数据库,登录号为JXYZ00000000。【结论】本研究首次报道了1株高产雄烯二酮菌株MN4的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,初步解析了该菌株降解植物甾醇生产雄烯二酮的关键基因,将为MN4的功能基因组学研究及相关次级代谢产物的生物合成途径与异源表达研究提供基础。     

干酪乳杆菌12A碳源代谢的比较基因组学分析

【目的】在基因组学水平上,对干酪乳杆菌的碳源代谢特性及调控机制进行研究。【方法】基于BioCyc和MetaCyc数据库,利用Pathway Tools对菌株12A及7株已公布全基因序列的干酪乳杆菌进行全基因组水平的碳源代谢比较分析。【结果】全基因组比较分析结果显示,干酪乳杆菌12A可以将9种糖转运到细胞内代谢利用;可以将多种寡糖和多糖在细胞外水解成半乳糖和葡萄糖;干酪乳杆菌12A可经异型乳酸发酵或混合酸发酵途径生成乙醇及其副产物。【结论】干酪乳杆菌12A可以代谢多种类型碳源,底物选择范围宽泛,而且可以作为工业乙醇发酵的特定菌株;利用比较基因组学方法建立基因结构与细菌代谢能力的联系是可靠的。     

乳酸产生菌的选育

从5种菌株中,通过初筛和复筛筛选出一种变色范围大,产乳酸量高的菌株D(产酸量为69.36g/L),以此菌株作为出发菌,进行紫外诱变育种。从诱变处理后的计数平板上,选取10株hc值大的菌株,通过复筛最终选出了一株平均产乳酸量高的菌株D_6,其产乳酸量平均为71.73 g/L,比出发菌株高出2.37g/L。