嗜热链球菌基因多样性及其风味物质代谢多样性的研究

Understanding and investigation of gene diversity and metabolism of Streptococcus thermophilus are very important for starter development and further use. Based on 386 Streptococcus thermophilus strains isolated from the traditional fermented dairy products that have been preserved at the Lactic Acid Bacteria Collection Center at Inner Mongolia Agricultural University and the previous results from correlation analysis betwwen Multilocus Sequence Typing and studied aroma property, genome re-sequencing technology was applied for the first time to compare the metabolic pathways and functioanal genes responsible for aroma production in the strains. In addition, the DNA methylation maps of representative Streptococcus thermophilus strains will be decoded using PacBio SMRT sequencing technology to reveal the molecular mechanism behind the differences in their ability to produce aroma. The implementation and further completion of this project will lay a solid theoretical foundation for the utilization of Streptococcus thermophilus resources and the development of starter cultures.

了解和调查Streptococcus thermophilus代谢多样性及其功能基因对其发酵剂的研究、开发和进一步利用都具有非常重要的指导意义。本课题依托于内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库，以分离自传统发酵乳制品中的386株Streptococcus thermophilus为研究对象，参考前期多位点序列分型和产香特性关联分析结果，首次采用基因组重测序方法对具有不同产香特性菌株的代谢多样性及其功能基因进行全面系统的研究。在此基础上，利用PacBio SMRT测序技术完成代表性Streptococcus thermophilus菌株DNA甲基化图谱的破译，以期"全景式"的揭示其不同产香特性差异发生的分子机制。该项目的实施和完成可为Streptococcus thermophilus资源的利用及其发酵剂的开发奠定坚实的理论基础。

嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）在发酵乳中的应用历史悠久，是自然发酵乳中重要菌种之一。因其具有优良的发酵特性，广泛应用于发酵乳制品的生产中。本研究采用Illumina Hiseq高通量测序平台完成了185株分离自中国及蒙古国自然发酵乳中S. thermophilus的全基因组重测序，从群体基因组角度解析了菌株的进化历程，引入全基因组关联分析完成了S. thermophilus的产香关键功能基因研究。采用PacBio SMRT测序技术，针对产风味物质差异较大且遗传距离接近的6株S. thermophilus分离株进行全基因组和甲基化组图谱的绘制，从基因调控角度分析菌株间不同产香能力差异产生的分子机制。结果表明，S. thermophilus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；S. thermophilus群体结构呈现并系类群，各个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，且MRCA与西藏和青海酸牦牛奶分离株遗传距离最接近；通过GWAS挖掘出与S. thermophilus产香特征相关的功能基因（如pepD、pdc、ald、lld、adhE、aspC等）；DNA甲基化对关键靶基因表达的调控是导致不同S. thermophilus产香差异的重要原因。本项目的完成为S. thermophilus资源的利用及其发酵剂的开发奠定坚实的理论基础。通过四年的实施本研究发表论文16篇，其中SCI论文6篇；申请发明专利2项，培养研究生4名，其中博士研究生1名。