DNA甲基化对嗜热链球菌生产特性的调控机制

Streptococcus thermophilus is one of the most important culture starter in fermented dairy products. The production characteristics, like proteolytic activity and lactose metabolism, were contributed to the final dairy texture and features. Thus, it is meaningful to uncover the regulation mechanism of genes related to acidification and viscosity enhancement. Based on the previous study of whole genome resequencing and MLST of 200 S. thermophilus strains, we choose 20-30 S. thermophilus strains with different production characteristics, from LABCC, to analyze the whole genome and methylation by PacBio SMRT sequencing technology, combined with the target gene expression and correlation analysis to finally reveal the regulation mechanism of DNA methylation on production characteristics of S. thermophilus. The implementation and completion of this project, lay a solid theoretical foundation for utilization of S. thermophilus resources and the development of its fermentation agents.

嗜热链球菌 (Streptococcus thermophilus) 是乳品工业生产中最重要的发酵剂菌种之一，其蛋白质水解活性、乳糖代谢性能等生产特性直接关系到最终发酵乳制品的品质和特性。因此，解析嗜热链球菌产酸、产粘等基因表达及其调控机制具有重要的指导意义。本课题依托内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库，结合前期200株嗜热链球菌的基因组重测序、多位点序列分型（MLST）和表型数据，以产粘和产酸速率差异较大的20-30株嗜热链球菌为研究对象，采用PacBio SMRT测序技术完成嗜热链球菌全基因组和甲基化组的测试，通过关联分析及关键靶基因的表达解析DNA甲基化对产粘和产酸的调控机制。该项目的实施和完成，为嗜热链球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。

嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）是乳制品工业生产中最重要的发酵剂菌种之一，其蛋白水解活性、乳糖代谢性能等生产特性直接关系到最终发酵乳制品的品质和特性。因此，解析嗜热链球菌生产特性相关基因表达及其调控机制具有重要的指导意义。本课题依托内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库，结合前期200株嗜热链球菌的基因组重测序、多位点序列分型（MLST）和表型数据，以产酸性能差异较大的22株嗜热链球菌为研究对象，采用PacBio SMRT测序平台从全基因组和甲基化组水平探索菌株表型与基因型的内在关系。研究发现，不同菌株基因组序列高度保守，与产酸、蛋白水解、碳水化合物活性酶相关的重要功能基因的拷贝数在不同菌株间差异很小。甲基化组分析显示，S. thermophilus甲基化位点以m4C为主，m6A为辅。S. thermophilus中包含motif基序种类差异较大，基序总体表现出“在基因组中检出数量少且随机分布，基序甲基化比率高”的特点，且motif基序甲基化的发生与遗传进化有关。REBASE注释结果表明S. thermophilus甲基转移酶遗传多样性较高，可能是导致S. thermophilus甲基化位点多的原因之一。S. thermophilus motif基序均主要发生在代谢相关途径，尤其是碳水化合物代谢途径及氨基酸代谢途径。通过相关性分析及功能验证，定位到腺苷同型半胱氨酸核苷酶编码基因（mtnN）和ATP磷酸核糖基转移酶编码基因（hisG）上发生的m6A甲基化与该菌种生产特性相关。该项目的实施和完成，为嗜热链球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。