传统豆酱自然发酵过程中微生物代谢调节分子机制研究

Microbes play an important role during the fermentation of traditional soybean paste. However, microbes are extremely complex involved in soybean paste. The role and status of various microbial and the molecular metabolism related to the formation and quality of soybean paste is still not very clear. This study intends to focuses on different fermentation stage of traditional fermented soybean paste samples based on the metatranscriptome and metaproteomics. Firstly, the study is aim to extract and prepare of all the mRNA and protein of microbial communities in each of the samples, and construct metatranscriptome library and metaproteome expression profile using of high-throughput Illumina sequencing, multidimensional liquid chromatography-mass spectrometry and bioinformatics technology, etc.. Then, expression analysis,sequencing, database blast, functional annotation and metabolic pathway analysis on the activity of genes and proteins will be performed, to explain the in situ expression of active gene and protein, metabolically active degree of microbes and main metabolism pathway. Further, the network of microbial metabolism changes will be constructed through genes and proteins interaction network analysis to indicate the microbe functional dynamics and metabolic regulatory molecules during traditional soybean fermentation. Finally, the study will benefit for the further development of valuable microbial resources of traditional soybean paste, and also can promote the industrialization of traditional fermented soybean paste using the muti-culture fermented methods to gradingly and directionally fermentat soybean paste.

微生物在传统豆酱自然发酵过程中发挥着重要的作用，然而，豆酱中的微生物极其复杂，各种微生物的代谢调节机制及其对豆酱品质形成的作用和地位，至今仍不甚明确。本研究拟以不同发酵阶段传统发酵豆酱样品为研究对象，采用宏转录组学和宏蛋白质组学研究策略，分别提取和制备各样品中微生物群落的全部mRNA与蛋白质，并利用高通量Illumina 测序、多维液质联用和生物信息学等技术，构建传统发酵豆酱不同发酵阶段各样品的宏转录组文库与宏蛋白质组表达谱，对活性基因和蛋白质进行表达量分析、序列测定、数据库比对及功能注释等，阐明活性基因和蛋白质的原位表达情况、物种代谢活跃程度和主要代谢方式，进而构建微生物基因蛋白互作网络，从整体上全面揭示传统豆酱不同发酵阶段微生物的功能动力学及代谢调节分子机制，对于深入研究和开发传统豆酱中宝贵的微生物资源、解决传统豆酱产业化分阶段多菌种定向发酵技术难题、促进规模化生产，具有重要的意义。

传统豆酱以其适宜的口感、浓郁的香味和色泽，在人们的饮食生活中占有重要地位。但是，目前因为对豆酱中的微生物及其在发酵过程中所起作用的认识还不够全面深入，从而导致工业化难以完全复制传统豆酱发酵过程，更难提改进工艺，同时其中宝贵的微生物资源也未被深入研究和开发。因此，充分利用宏转录组学和宏蛋白质组学等现代生物技术，全面准确揭示豆酱发酵不同阶段所有微生物信息及在发酵过程中的作用，具有重要意义。. 项目首先在建立自然发酵豆酱中微生物宏蛋白质组提取方法，构建了豆酱中微生物群落宏蛋白质组图谱的基础上，构建了不同发酵阶段传统豆酱及酱醅样品的微生物群落宏蛋白质表达谱，并分析和鉴定了蛋白质原位表达情况和相对变化，从而揭示不同发酵阶段、不同发酵地区和不同发酵工艺豆酱及酱块的微生物群落结构、微生物关键功能酶系及功能本质。. 其次，运用宏蛋白质组和与代谢组学技术，比较分析传统豆酱和工厂豆酱样品宏蛋白质组表达谱和代谢谱差异，从豆酱品质、食用安全性、功能性等方面对微生物群落结构、关键功能酶系及代谢产物通路进行注释，从而揭示不同工艺发酵过程中优势微生物组成、功能及豆酱微生物组关键标志物，为改进工艺提供依据。. 同时，在建立豆酱微生物群落宏转录组方法的基础上，从功能丰度谱和物种组成谱两个层面，深入解析不同发酵阶段传统豆酱中微生物的功能基因表达变化以及微生物对环境的适应性反应，并将重要的理化指标、风味成分与宏转录的研究结果相整合，构建代谢网络，更加全面揭示传统豆酱不同发酵阶段微生物代谢调节分子机制。. 发表科研论文20篇，其中SCI收录论文6篇、EI收录论文5篇；申请国家专利6项；培养研究生9名；并在此基础上获得辽宁省自然科学奖三等奖1项。建立了1套适用于传统发酵食品微生物群落宏转录组学和宏蛋白质组学研究的方案，并系统研究和分析传统发酵豆酱不同发酵阶段微生物代谢分子调节机制。发掘了大量具有应用前景的豆酱微生物和酶类，具有重要的应用价值。