自然发酵乳中乳酸乳球菌乳酸亚种分离株的DNA甲基化组和限制修饰系统多样性

作     者：郑慧娟 

作者单位：内蒙古农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张和平

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0822[工学-轻工技术与工程] 082203[工学-发酵工程] 

主      题：乳酸乳球菌乳酸亚种 甲基化组 限制修饰系统 DNA甲基化 基序 

摘      要：乳酸乳球菌乳酸亚种(Lactococcus lactis subsp.lactis,L.lactis subsp.lactis)是发酵乳制品加工最常用的发酵剂菌种之一,具有较高的经济价值。DNA甲基化组和限制修饰系统可影响细菌的生理活动,进而影响细菌的表型特征。而关于L.lactis subsp.lactis DNA甲基化组和限制修饰系统与重要生产特性的相关性研究鲜有报道。故解析L.actis subsp.lactis的DNA甲基化组和限制修饰系统多样性以及DNA甲基化组对菌株表型的影响对于L.lactis subsp.lactis的开发利用意义重大。本研究以发酵特性(产酸能力、蛋白水解能力和产粘能力)存在较大差异的23株L.lactis subsp.lactis为研究对象,通过PacBio SMRT测序技术分析了L.lactis subsp.lactis的DNA甲基化和限制修饰系统多样性,并探究了 DNA甲基化组对菌株表型的影响。主要研究结果如下:(1)本研究完成了 23株自然发酵乳L.lactis subsp.lactis分离株的基因组完成图,发现菌株间具有较高的核苷酸一致性(ANI98.06%)。且其功能基因较为相似,以碳水化合物和蛋白质代谢相关基因为主,分别为18.48±0.67%和 9.94±1.20%。(2)本研究绘制了 23株L.lactis subsp.lactis分离株的甲基化组图谱,共鉴定到9种m4C基序和45种m6A基序。22种m6A基序为互补基序,存在于70%L.lactis subsp.lactis甲基化组中。且每种基序最多仅在2株菌中被检测到,具有较高的菌株特异性,可作为菌种鉴定和保护的“生物标签。L.lactis subsp.lactis表现出较丰富的甲基化模式,根据基序类型特点主要分为以m6A和m4C为主要基序类型的A和B两组,其标志基序依次分别为 TNNNDNNH 和GNNNNNNH。(3)L.lactis subsp.lactis的限制修饰系统整体呈现“Ⅰ型为主,Ⅱ型为辅的特点。检测到的14种限制修饰酶基因(76.92%)多位于质粒上。相较B组菌株,A组菌株含有更丰富的限制修饰酶基因。本研究推测可能是L.lactis subsp.lactis限制修饰系统的多样性导致了其基序的多样性。(4)L.lactis subsp.lactis CoiA基因上m6A修饰位点个数与平均产粘速度呈现显著正相关(R=0.67,p=0.003)。高产粘组与低产粘组菌株CoiA基因上的m6A修饰位点数量存在显著差异(p=0.01),前者普遍含有较多的m6A修饰位点。由此推测CoiA基因上m6A修饰位点数量可能影响了菌株在后熟期间的平均产粘速度。综上所述,本研究从全基因组和表观遗传学角度揭示了L.lactis subsp.lactis DNA甲基化模式、Ⅰ型和Ⅱ型限制修饰系统的多样性,并探究了其表型存在差异的原因。亲缘关系近菌株的表型存在较大差异,说明表观遗传修饰对其表型有着较大影响。CoiA基因上m6A修饰位点数量的差异或许是导致L.lactis subsp.lactis菌株产粘特性存在差异的原因。本研究研讨了影响L.lactis subsp.lactis表型的表观遗传特征,为我国优良发酵剂的进一步开发和利用以及优良发酵特性菌株的筛选奠定了理论基础。