基于转录组学和蛋白质组学对乳酸乳球菌甲基酮合成代谢机制的研究

Methyl ketones is an important kind of flavor substance of fermented dairy products, flavor and intermediate of synthetic flavor. Chemical synthesis of methyl ketone has single flavor, the single flavor is far from natural methyl ketone flavor which milk products needed.Lactococcus lactis has important economic value,because it is an important industrial fermentation agent and host strain, so we propose biosynthesis of methyl ketone by Lactococcus lactis.Through the preliminary research,the project group found the Lactococcus lactis has important implications for the methyl ketone content of dairy products.The project group identified the incomplete β-oxidative pathway in extracts of Lactococcus lactis. The research group measured enzyme activities of the synthesis pathway under different conditions(different growth stages, fatty acid, carbohydrate, pH, metal ions) and discussed metabolic regulatory mechanism of methyl ketone synthesis with enzymatic levels.In the follow-up study,the research group intends to study the metabolic regulatory mechanisms of methyl ketone synthesis by proteomics, transcriptomics and metabolic flux analysis in response to different culture conditions of Lactococcus lactis.The research can improve metabolic regulatory theory about methyl ketone synthesis of lactic acid bacteria, and promote the rapid development of natural milk fragrance industry, so this research has important theoretical and practical significance.

甲基酮是一类重要的发酵乳制品风味物质，也是重要的香料及合成香料的中间体。化学合成的甲基酮风味单一，与乳制品需要的天然甲基酮风味相差甚远，因此生物法合成甲基酮是现在的研究热点。乳酸乳球菌是乳制品发酵工业中重要的发酵剂，也是最为常用的诱导表达型宿主菌，具有重要经济价值，因此本项目拟通过乳酸乳球菌生物合成甲基酮。通过项目组前期研究，发现乳酸乳球菌对于乳制品的甲基酮含量有重要影响，检测到乳酸乳球菌脂肪酸不完全β-氧化合成甲基酮途径，测定了菌不同生长阶段、脂肪酸、pH、糖类、金属离子等不同条件下合成途径相关酶的活力。从酶学水平初步阐述甲基酮合成代谢调控机理，在后续研究中，本研究拟通过蛋白质组学、转录组学和代谢通量分析研究乳酸乳球菌在不同培养条件下，甲基酮合成代谢体系的响应及细胞自身的代谢调控机制。本项目研究可以完善乳酸菌甲基酮合成代谢调控机制理论，促进我国天然甲基酮类奶味香精香料产业快速发展。

乳酸乳球菌对于发酵乳制品中甲基酮含量有重要影响，但是目前乳酸乳球菌甲基酮合成代谢调控机理尚不清楚。本课题在前期研究的基础上，采用组学、生物化学、质谱分析技术及光谱学等相关学科的方法和手段，对不同培养条件下乳酸乳球菌甲基酮合成代谢调控进行了初步的研究。. 通过蛋白质组学分析，果糖培养条件下获得差异蛋白300个，上调蛋白有128个，下调蛋白有172个。培养体系添加钙离子，获得差异表达蛋白84个，上调蛋白有43个，下调的蛋白有41个。培养体系中添加棕榈酸，获得差异表达蛋白322个，上调蛋白有164个，下调蛋白有158个。降低培养体系pH获得差异表达蛋白596个，表达量显著上调蛋白有294个，表达量显著下调蛋白有302个。通过转录组学分析，果糖培养条件下获得差异基因143个，表达量显著上调基因有76个，表达量显著下调基因有67个。钙离子培养条件获得差异表达基因108个，表达量显著上调基因有65个，表达量显著下调基因有43个。棕榈酸培养条件获得差异表达基因38个，表达量显著上调的基因有29个，表达量显著下调的基因有9个。降低培养体系pH后，获得差异表达基因227个，表达量显著上调基因有172个，表达量显著下调基因有55个。通过对差异基因的生物信息学分析，发现差异基因主要参与细胞过程和代谢过程等生物过程；主要参与结合和催化等分子功能；细胞组分说明差异基因主要存在于细胞、细胞组分、膜、膜组分等。通路主要集中在代谢和遗传信息处理，代谢通路主要是氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂肪代谢、能量代谢等。遗传信息处理主要是翻译、折叠、排序、降解。对差异表达基因进行蛋白互作分析，构建互作网络图，通过研究基因之间相关性获得参与通路较多差异基因的关键信息。. 试验获得不同培养条件下乳酸乳球菌蛋白和基因表达的变化数据，获得了主要差异蛋白和差异基因的相关定性、定量、功能和参与途径等相关生物学信息，为解释乳酸乳球菌甲基酮合成代谢途径的调控机理奠定了初步的理论基础。