内蒙古传统发酵乳中植物乳杆菌基因多样性及其抑菌特性相关功能基因的研究

In this study, 150 strains of Lactobacillus plantarum isolated from the traditionally fermented dairy products in Inner Mongolia were selected as the research object. To systematically investigate the metabolic diversity and functional genes of the strains with different antibacterial characteristics, genome re-sequencing method was used. On this basis, PacBio SMRT sequencing technology was further applied to decode the methylation patterns of the representative strains, which would reveal the molecular mechanisms underlying the different antibacterial characteristics at the genomic level. Our ultimate goal is to reveal the key factors of the antibacterial activity of the L. plantarum strains through the data integration analysis. The implementation and completion of this project, on the one hand can lay a solid theoretical foundation for utilization of L .plantarum resources and the research and development of its fermentation agents; on the other hand can have a positive and far-reaching impact on the research of the diversity of L .plantarum.

本项目以分离自内蒙古地区传统发酵乳中的150株植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）为研究对象，采用基因组重测序方法对具有不同抑菌特性菌株的代谢多样性及其功能基因进行全面系统调查研究。在此基础上，利用PacBio SMRT测序技术完成代表性植物乳杆菌菌株DNA甲基化图谱的破译，以期在基因组水平揭示其不同抑菌特性差异发生的分子机制。最终，通过数据整合分析实现植物乳杆菌抗菌活性关键因子的精细定位。该项目的实施和完成，一方面可为植物乳杆菌资源的利用及其发酵剂的研究开发奠定坚实的理论基础；另一方面也将对植物乳杆菌领域多样性的研究产生积极而深远的影响。

植物乳杆菌作为一类公认安全的微生物，利用其抑制真菌特性替代化学防腐剂应用于食品生产加工，可极大的降低真菌污染几率、提高食品质量和保障食品安全。目前，植物乳杆菌抑制真菌特性的研究主要集中于生理生化相关，尚缺乏不同分离株抑制真菌活性差异分子机理的分析和解释，这在一定程度上限制了抗真菌植物乳杆菌资源的开发与利用。.本研究以150株植物乳杆菌为研究对象，基于6种常见腐败真菌的抑制试验和耐酸耐胆盐试验开展抗真菌活性菌株筛选并评估其在食品防腐领域应用的潜力。同时，利用Illumina MiSeq和Pacbio SMRT测序平台对具有不同抑菌活性的植物乳杆菌全基因组和甲基化组进行测序，定位植物乳杆菌抗真菌活性关键因子。基于比较基因组学方法深入分析其遗传背景、进化过程和相关功能基因，丰富植物乳杆菌种群进化理论。.本研究主要成果如下：.（1）获得广谱抑制食品腐败真菌且耐酸耐胆盐的具有自主知识产权的三株植物乳杆菌PC28152、NM22-2和NM28-2。并以植物乳杆菌PC28152为例，证明其活菌或发酵上清液可作为生物防腐剂应用于水果和面包的防腐和保鲜。.（2）基于不同植物乳杆菌抑制真菌活性，采用全基因组关联分析方法鉴定到一个与抑制真菌表型直接相关的位于穿孔素编码基因上的SNP位点Chr_2030723，可作为抑制真菌植物乳杆菌快速筛选的参考指标。.（3）完成了5株具有不同抑菌活性植物乳杆菌全基因组甲基化的分析，鉴定到m4C和m6A两种甲基化模式和31种甲基化位点的基序，初步构建了植物乳杆菌甲基化位点图谱，从表观遗传学角度揭示了可能导致菌株间抑制真菌活性差异的机理机制。.（4）借助NCBI数据库构建了551株植物乳杆菌基因集，首次揭示了动物和乳制品来源分离株与其生态位的相关性，为该物种在不同生态环境的适应性进化机制提供了新的见解。