基于细胞膜脂肪酸代谢通路解析水产品腐败希瓦氏菌适冷机制

Low temperature is widely applied to maintain the quality and safety of aquatic products, however, some kinds of psychrotrophs which are able to survive and grow at low temperature can cause spoilage of aquatic products during storage and transportation. Shewanella putrefaciens will be studied in this program, as it is one of the typical spoilage psychrotrophs in aquatic products. Through the modern technologies, the microstructure, fluidity and the compositions of fatty acids of the cell membrane will be determined to confirm the specific function of fatty acids metabolism of S. putrefaciens when it accommodates to low temperatures. We also ascertain the temperature sensing factors and the fatty acids pathway based on the differential expression of the proteomes and the previous study mentioned above. The relationship between temperature, unsaturated fatty acids, key enzymes and regulatory factors will be also analyzed by determining the transcription level of fatty acid desaturases genes and the contents of their transcription factors. The investigation about the molecular regulatory mechanisms of S. putrefaciens in cold-adaptive process is not only of importance to reveal the cold-adaptive mechanisms of S. putrefaciens, but also of great help to improve the effectiveness of cold chain transportation on the inhibition of the growth of S. putrefaciens and maintain the freshness and safety of the aquatic products.

低温是保障水产品质量安全的重要方法，但仍有部分耐冷菌能适应低温环境，继续生长繁殖并最终导致水产品腐败变质。项目以水产品中典型的耐冷腐败微生物腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）为研究对象，从细胞膜脂肪酸代谢角度解析其适冷机制。通过比较不同温度下腐败希瓦氏菌细胞膜微观结构、流动性、脂肪酸组分的变化，分析S. putrefaciens能够适应低温的细胞膜脂肪酸代谢的功能特异性，结合细胞蛋白质组差异表达，解析温度敏感因子和脂肪酸代谢途径；通过研究低温下S. putrefaciens去饱和酶关键基因的转录量以及转录因子含量变化，揭示“温度-不饱和脂肪酸产物-关键酶-调控因子”之间的关系，探讨S. putrefaciens在适冷过程中的分子调控机制。研究不仅将揭示S. putrefaciens的适冷机制，还将为抑制冷链中该菌生长、保障水产品低温流通中的质量安全提供理论依据。

低温是保障水产品质量安全的重要方法，但仍有部分耐冷菌能适应低温环境，继续生长繁殖并最终导致水产品腐败变质。以冷藏南美白对虾分离筛选到的腐败希瓦氏菌QY38为研究对象，随着培养温度的下降，腐败希瓦氏菌细胞脂肪酸中的C15:0、C16:0、C17:0、C17:1、C18:0、C18:1N9C和C18:1N9T含量均出现下降，而C12:0、C14:0及C16:1的含量则上升较为明显，其中4℃与30℃培养下细菌相比C16:1含量上升最为显著。细胞膜蛋白组成和含量均有增加。. 采用Label-free蛋白质组技术分析了其在30℃最适生长温度下培养至对数生长中期后转入4℃适冷培养过程中不同生长阶段蛋白质组表达差异情况。共检测到蛋白质条目数1955个。通过GO注释分析可知，腐败希瓦氏菌QY38的差异蛋白主要分布在细胞内及细胞膜上。经蛋白质组分析与qRT-PCR验证，发现腐败希瓦氏菌在适冷过程中与其脂肪酸代谢相关的差异蛋白上调较显著的有脂肪酸代谢调控因子fadR和β-羟基癸酰-ACP脱水酶（fabA），而β-酮脂酰-ACP合成酶I（fabB）和去饱和酶（Des）呈下调趋势，表明腐败希瓦氏菌QY38菌株在适应低温过程中主要通过无氧途径合成不饱和脂肪酸，且调控因子fadR只能激活FabA的表达而不能同时作用于β-酮脂酰-ACP合成酶I（fabB），而脂肪酸碳链的延长可能主要由II型酶（beta-ketoacyl-ACP synthase II，fabF）作用产生。. 合成饱和脂肪酸的途径由于fabI基因的缺失受阻，而合成不饱和脂肪酸的fabA- fabB途径依旧存在，将导致合成脂肪酸的原料往合成不饱和脂肪酸的途径偏移，从而使不饱和脂肪酸合成增多，饱和脂肪酸的合成降低。而不饱和脂肪酸相比饱和脂肪酸具有较低的相变温度，增加生物膜的流动性，进而使腐败希瓦氏菌相比其他菌具有适冷特性。fabA和desA的上调导致腐败希瓦氏菌的克隆和低温生长增强。fabA和desA基因的缺失导致不饱和脂肪酸和脂肪酸代谢关键下游基因的减少，从而抑制了腐败希瓦氏菌的低温生长。. 本研究不仅揭示了S. putrefaciens的适冷机制，还将为抑制冷链中该菌生长、保障水产品低温流通中的质量安全提供理论依据。