瑞士乳杆菌发酵乳血管紧张素转化酶抑制活性相关功能基因的研究

This project utilizes the resources of 775 Lactobacillus helveticus strains contained in the Lactic Acid Bacteria Collection at the Inner Mongolia Agricultural University. Based on our previous studies by MLST and the analyses of ACE-inhibitory activity, Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro peptide concentrations produced by these bacteria during milk fermentation, 108 representative sequence types will be selected for re-sequencing analysis. We further aim to integrate the third generation sequencing technology to construct the methylomes of 10 to 20 Lactobacillus helveticus strains. The obtained data will elucidate the strain-specific variation in the ACE-inhibitory capacity attributed to the gene regulator, upstream promoter region, and non-coding nucleotide region. These data interactively reveal the molecular regulatory mechanism of ACE-inhibitory peptide synthesis during milk fermentation. This study strengthens both the theoretical and application basis for future exploitation and development of antihypertensive lactic acid bacterial resources and their related dairy products.

本课题依托内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库保藏的775株Lactobacillus helveticus为研究对象，以前期MLST分析结果和菌株蛋白水解活性、发酵乳ACE抑制活性以及Val-Pro-Pro、I1e-Pro-Pro含量为基础，选取表型和基因型差异菌株，采用三代测序方法，结合菌株表型特征，通过比较基因组分析具有不同ACE抑制活性菌株在基因组水平的差异，从细胞壁结合蛋白酶、肽酶和运输系统等基因编码区、非编码区、基因调控区以及DNA甲基化等多方面对Lactobacillus helveticus不同分离株ACE抑制活性进行全面系统的研究，从基因组水平揭示Lactobacillus helveticus发酵乳产ACE抑制肽的分子机理，从而为具有抗高血压特性乳酸菌资源的挖掘及其功能性乳制品开发奠定理论基础。

瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）是乳酸菌中蛋白水解能力较强的菌种，也是抗高血压活性研究最多的乳酸菌。本研究采用Illumina Hiseq高通量测序平台完成了140株分离自中国和蒙古国自然发酵乳中L. helveticus的全基因组重测序，从群体基因组角度解析了该菌种的遗传进化历程，引入全基因组关联分析完成了与L. helveticus蛋白水解活性相关的关键功能基因研究。采用PacBio SMRT测序技术，针对ACE抑制活性差异较大且遗传距离接近的12株L. helveticus分离株进行全基因组和甲基化组图谱的绘制，从表观遗传学层面解析菌株间ACE抑制活性差异产生的分子机制。结果表明，L. helveticus基因组为开放式基因组，其核心基因集主要包括某些参与氨基酸转运与代谢、核糖体结构与生物合成等基因；L. helveticus 群体结构呈现并系类群，各分离株是由一个特定的最近共同祖先（MRCA）不断进化分化而成，与MRCA遗传距离最近的是中国青海、新疆酸牦牛奶分离株；不同分离源的L. helveticus有其特有的蛋白水解系统，GWAS分析结果显示，乙酸激酶编码基因、细胞黏附相关基因以及15个SNPs与L. helveticus蛋白水解活性显著相关（p<0.05）；DNA甲基化对关键靶基因表达的调控是导致不同L. helveticus ACE抑制活性差异产生的重要原因。本项目的完成为具有抗高血压特性乳酸菌资源的挖掘及其功能性乳制品开发奠定理论基础。通过四年的实施，本项目形成研究论文9篇，已发表7篇（第一标注5篇、第二标注2篇），其中SCI收录论文6篇；培养研究生3名；申请发明专利2项，其中授权1项。