黄酒典型风味形成的宏基因组代谢网络途径构建

Chinese rice wine is one of the three oldest wine with a production. Its flavor formation is a complicated biochemical process with a series of microbial community successions and interaction. We have been researching the Chinese rice wine for more than ten years, and found that the microbial community structure and succession are very complicated, including a large amount of uncultured microorganisms in the brewing process. The microbial formation reason of flavor compounds and the screening of functional microorganisms are still not deep enough. These are the main scientific problems constraining the modernization of Chinese rice wine brewing technology. The developments in metagenome sequencing and bioinformatics are providing effective methods to analyze the metabolic pathways of complicated microbial community, which was successful in recent human gut microbiome research. This study aims to deep analyze the influence mechanism of microbial community successions on the flavor formation and construct metagenome-scale flavor metabolic network based on the metagenomic analysis and existed metabolic pathway database. Results of the project should be benefit to understand the process mechanism of Chinese rice wine, and provide the theoretical foundation for the research and development of functional microorganisms in Chinese rice wine.

黄酒是世界三大古酒之一，其风味形成是一个涉及多种微生物相互作用的十分复杂的生化过程。申请人通过对黄酒十余年的研究，发现黄酒酿造中微生物群落结构及变化极为复杂，存在大量不可培养微生物，使得黄酒中重要风味物质的合成途径解析及相关功能微生物的挖掘和应用研究还处于非常初级的阶段，是制约黄酒生产工艺现代化改造的主要科学问题。近年，宏基因组测序和生物信息学分析技术发展迅速，并已在肠道微生物宏基因组代谢途径分析中取得显著成果，为黄酒复杂群落代谢途径的构建及分析提供了契机。本课题以黄酒传统酿造工艺为研究对象，在研究微生物群落结构及代表性风味化合的基础上，利用宏基因组技术并借鉴对已有相关风味物质形成过程的认识，构建宏基因组代谢网络，深入解析黄酒中典型风味物质形成的代谢途径，明晰主要功能微生物在风味合成中的作用，为更好地理解我国黄酒发酵工艺机理，指导黄酒功能菌群开发利用与优化提供科学的理论基础。

黄酒是世界三大古酒之一，其风味形成是一个涉及多种微生物相互作用的十分复杂的生化过程。申请人通过对黄酒十余年的研究，发现黄酒酿造中微生物群落结构及变化极为复杂，存在大量不可培养微生物，使得黄酒中重要风味物质的合成途径解析及相关功能微生物的挖掘和应用研究还处于非常初级的阶段，是制约黄酒生产工艺现代化改造的主要科学问题。近年，宏基因组测序和生物信息学分析技术发展迅速，并已在肠道微生物宏基因组代谢途径分析中取得显著成果，为黄酒复杂群落代谢途径的构建及分析提供了契机。本课题以黄酒传统酿造工艺为研究对象，在研究微生物群落结构及代表性风味化合的基础上，本项目利用宏基因组技术并借鉴对已有相关风味物质形成过程的认识，采用气相色谱-质谱联用仪和高效液相色谱共检测了黄酒发酵过程中的94种物质变化过程，包括氨基酸18种、有机酸8种、单体酚6种和挥发性风味物质62种，并构建了黄酒发酵过程的宏基因组规模的代谢网络，发现优势微生物有糖多孢菌属、酵母菌属、曲霉菌、葡萄球菌属、乳杆菌属、链霉菌属、多孢放线菌、拟无枝酸菌、乳球菌属和糖单孢菌属，相对丰度在81.53%~83.72%，对黄酒中高含量风味物质的相关代谢通路或特定酶促反应的催化酶的编码基因进行物种注释，建立了微生物代谢和风味形成的网络关系，整理了与淀粉和纤维素降解以及氨基酸、醇类、酸类、酯类和酚类等物质形成的相关催化酶223类，预测到139类催化酶和69个相关属，明晰主要功能微生物在风味合成中的作用，为更好地理解我国黄酒发酵工艺机理，指导黄酒功能菌群开发利用与优化提供科学的理论基础。