山西老陈醋源巴氏醋杆菌比较基因组学及其代谢特性研究

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本文主要对分离自山西老陈醋醋醅中的两株巴氏醋杆菌2416和1873进行了比较基因组学和发酵代谢特性研究。(1)两株菌的产酸特性及对酸、乙醇和温度的耐受性试验结果显示,接种量为3%,采用醋酸菌液体培养基在150 r/min,30℃的条件下培养,在发酵第5d时巴氏醋杆菌2416的产酸量达到3.156 g/100m L,明显高于巴氏醋杆菌1873的产酸量。巴氏醋杆菌2416可耐受6%的酸度,巴氏醋杆菌1873可耐受4%的酸度;巴氏醋杆菌2416可耐受12%的乙醇,而巴氏醋杆菌1873仅能耐受10%的乙醇;巴氏醋杆菌2416最高可耐受40℃,巴氏醋杆菌1873最高可耐受35℃,所以巴氏醋杆菌2416的酸、乙醇、温度耐受性均优于巴氏醋杆菌1873。(2)选取产酸性能、耐受性能差异明显的两株菌进行基因解析,以期为巴氏醋杆菌基因工程育种进行基础研究。全基因组测序结果表明,巴氏醋杆菌2416的基因组包含一条染色体和两个质粒,大小分别为2,760,994bp.201,873bp和246,670bp,G+C含量分别为52.88%、51.75%、53.69%。而巴氏醋杆菌1873全基因由一条270,1627bp的完整环状染色体和六条完整环状质粒(165,013bp、34,521bp、186,783bp、152,872bp、54,177bp和61,350bp)组成,其G+C含量分别为53.53%、53.01%、56.18%、52.99%、53.48%、50.84%、53.77%。巴氏醋杆菌2416染色体上,基因的平均长度为973bp,共预测到2,549个CDS,包含15个完整的r RNA基因操纵单元、56个t RNA和3个假基因。而巴氏醋杆菌1873的染色体中基因的平均长度为923.3bp,共预测到2,598个CDS,包含15个完整的r RNA基因操纵单元、55个t RNA和20个假基因。(3)通过GO(Gene Ontology,GO)数据库对蛋白编码基因进行注释,结果表明巴氏醋杆菌2416和1873分别有1963和2046个基因被注释到GO功能,巴氏醋杆菌2416的分子功能(molecular function)、细胞学组分(cellular component)和生物学途径(biological process)三大类功能组所占比例分别为21.41%、33.15%、45.44%;而巴氏醋杆菌1873三大类功能所占比例依次为19.75%、33.36%、46.90%。通过COG(Clusters of Orthologous.Groups,COG)数据库对蛋白质编码基因进行注释,结果显示巴氏醋杆菌2416和1873分别有2471、2528个基因被注释有COG功能,巴氏醋杆菌2416和1873的蛋白功能主要集中在复制、重组和修复,分别占比例10.52%和16.26%,其次集中在氨基酸转运与代谢,所占比例分别为8.66%和7.87%。通过KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库对蛋白编码基因进行注释,结果表明共有779个基因参与了巴氏醋杆菌2416的代谢途径,有742个基因参与了巴氏醋杆菌1873的代谢途径,巴氏醋杆菌2416和1873分别有108、95个基因参与了氨基酸代谢(Biosynthesis of amino acids)、77和75个基因参与了碳代谢(Carbon metabolism),另外分别还有29和27个基因参与了糖酵解途径(Glycolysis/Gluconeogenesis)。由全基因测序结果的共线性分析显示,结果表明两株菌全基因组序列高度相似,同源性较高,并进一步比较了两株菌的代谢途径。(4)本文还研究了碳源、氮源、乙醇浓度、金属离子等因子对巴氏醋杆菌2416和1873的发酵代谢特性的影响,为揭示醋酸菌代谢调控机制及优化醋酸发酵工艺进行数据基础研究积累。结果显示,对于两株巴氏醋杆菌,当培养基中酵母浸粉浓度为12 g/L,乙醇浓度为40g/L,Mg2+浓度为1.2g/L,葡萄糖浓度为20g/L,氨基酸浓度为5g/L,海藻糖浓度为6%,此时两株菌的生物量、产酸含量、还原糖利用率、荚膜多糖含量、乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶活含量最高。
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