基于转录组学研究不同酸醇条件下巴氏醋杆菌的耐酸机制

作     者：朱丹 

作者单位：山西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许女

授予年度：2023年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：巴氏醋杆菌 转录组学 耐酸机制 

摘      要：醋酸菌是食醋酿造的主要菌种,其酸耐受性强弱直接影响菌种的产酸能力,对食醋品质有很大的影响。本文主要监测不同酸醇初始条件下山西老陈醋源巴氏醋杆菌CGMCC 15730的形态和生长代谢变化,并通过转录组测序技术分析不同酸醇初始条件下巴氏醋杆菌CGMCC 15730主要耐酸机制相关基因的表达变化,为阐明巴氏醋杆菌耐酸机制及高产醋酸菌株的构建提供科学理论依据。主要研究结果如下:（1）对不同酸醇初始条件下巴氏醋杆菌CGMCC 15730的生长、产酸、产酸速率进行测定,结果表明在A0E0条件下菌体生长情况最好,12 h时OD值达0.845,108h时OD值最高,为1.235,但该条件下菌体几乎不产酸。在A0E4条件下培养至120h OD值为0.998,总酸含量最高为3.18 g/100m L,产酸速率在36 h时最高,为0.0545g/100m L/h。在A0.5E4条件下培养至120 h OD值为0.854,该条件下菌体产酸情况最好,总酸含量最高为3.89 g/100m L,36 h时产酸速率最高,为0.0841 g/100m L/h,0.5%初始乙酸对菌体产酸有促进作用。通过扫描电镜观察到在A0E4和A0.5E4条件下,随着培养进行,菌体表面出现褶皱,总酸含量增加则细胞表面破损严重。测定A0E4和A0.5E4条件下巴氏醋杆菌CGMCC15730的细胞膜脂肪酸含量,随总酸累积,饱和脂肪酸相对含量下降,不饱和脂肪酸相对含量上升。在A0E4和A0.5E4条件下,饱和脂肪酸棕榈酸相对含量分别由25.79%和24.54%下降至20.31%和13.45%,硬脂酸相对含量分别由24.17%和20.31%下降至11.58%和12.22%;不饱和脂肪酸十八碳烯酸相对含量分别由27.66%和33.15%上升至44.87%和48.65%。（2）通过转录组学测序技术对A0E4和A0.5E4条件下巴氏醋杆菌CGMCC 15730的转录组变化情况进行分析。以样品A0E0-12为对照组,A0E4条件下样品A0E4-36和A0E4-108的显著DGEs总数分别为448和771个,上调个数分别为320和585个,下调个数分别为128和186个。A0.5E4条件下样品A0.5E4-36和A0.5E4-108的显著DGEs总数分别为396和786个,上调个数分别为260和525个,下调个数分别为136和261个。两种条件均为上调基因数量多于下调基因,培养后期显著差异基因数目增加,说明随酸累积,菌体生物活性发生较大变化。通过GO数据库对巴氏醋杆菌CGMCC 15730在A0E4和A0.5E4条件下的差异基因进行功能注释。在A0E4条件下,显著DGEs主要富集在单有机体过程、单体代谢过程、氧化还原酶活性、蛋白质代谢过程等,在A0.5E4条件下,显著DGEs主要富集在单体代谢过程、有机酸代谢过程、蛋白质代谢过程、焦磷酸酶活性等。随着酸累积,主要影响菌体的代谢过程及相关酶活性。通过KEGG数据库对其在A0E4和A0.5E4条件下的差异基因进行功能分析,在A0E4条件下,A0E4-36和A0E4-108样品的DGEs分别注释到79条和99条通路,在A0.5E4条件下,A0.5E4-36和A0.5E4-108样品的DGEs分别注释到72条和104条通路,两种条件下富集程度较高的通路主要为三羧酸循环、氧化磷酸化、原核生物中的碳固定途径等。富集到通路中的主要为下调基因,上调差异基因很少富集到特定通路中,其参与了更广泛的代谢过程,巴氏醋杆菌CGMCC 15730酸累积过程中生物活性与差异基因间的关系复杂,还需进一步研究。（3）对巴氏醋杆菌CGMCC 15730在A0E4条件和A0.5E4条件下耐酸机制相关基因的表达变化进行分析,主要体现在5个方面:乙醇氧化和呼吸链、乙酸同化、丙酸代谢和2-甲基柠檬酸循环、糖酵解和脂肪酸合成、核糖体相关蛋白质编码基因。从乙醇氧化和呼吸链角度来看,两条件下编码乙醇呼吸链的基因均显著上调,参与共同呼吸链的基因几乎全部下调。其中A0E4条件下乙醇呼吸链基因表达量均呈先上升后下降的趋势,A0.5E4条件下乙醇脱氢酶基因表达量呈上升趋势,乙醛脱氢酶的基因表达量呈先上升后下降趋势,菌体主要通过乙醇氧化提供能量,且对调节酸性环境有一定作用。从乙酸同化角度来看,两条件均为基因Acs显著上调,Ack A和Pta无显著变化,TCA循环基因几乎全部下调。A0.5E4条件下基因Acs的表达量明显高于A0E4条件,初始乙酸促进了菌体产酸,菌体提升Acs的表达量来调节胞内环境。培养后期多数TCA循环基因下调程度降低,菌体可能通过TCA循环一定程度上缓解乙酸累积带来的压力。丙酸代谢和2-甲基柠檬酸循环中上调基因较多,A0.5E4条件下上调基因数量比A0E4条件少,但上调基因表达量增加。其