Science Bulletin | 张和平团队揭示自然发酵乳中乳酸菌种内微观多样性及其生态驱动因素

自然发酵乳制品具有“发酵状态开放，制作工艺粗放”的特点，其制作和食用以及独特的风味、质地和营养价值流传千年。我国具有丰富的乳制品资源，主要分布在新疆、西藏、内蒙古等地，以酸牛乳、酸马乳、酸驼乳、奶酪和发酵牦牛乳等发酵乳制品为主要代表，其中蕴藏了丰富的乳酸菌资源，包括乳杆菌属、片球菌属、明串珠菌属和乳球菌属。自然发酵乳中的微生物经历千年的自然选择，形成了结构复杂，相对稳定和形式多样的微生物生态系统。然而，自然发酵乳中乳酸菌稳定、可遗传微观生态体系的形成原因和驱动因素尚不明确。

近日，内蒙古农业大学张和平团队在Science Bulletin发表了题为“Intraspecific microdiversity and ecological drivers of lactic acid bacteria in naturally fermented milk ecosystem”的研究论文，深入阐释了自然发酵乳中乳酸菌种内微观多样性及其生态驱动因素。

作者采用培养组学、基因组学和宏基因组学技术对来自5个国家的12个地区的12份自然发酵乳制品样本中的乳酸菌微观多样性及其驱动因素进行了系统性的研究。进一步，作者分离并对717株代表性的乳酸菌菌株进行基因组测序，对自然发酵乳样本进行了深度宏基因组测序，并对其中的214株瑞士乳杆菌、97株乳酸乳球菌乳酸亚种和325株德氏乳杆菌保加利亚亚种进行了系统发育关系的分析。

作者发现，同一样本中的乳酸菌菌株具有高度的种内异质性（每个样本平均含有2418至4382个单核苷酸多态性（SNP）），在进化角度上被分为2–8个进化谱系。绝大多数谱系的碳水化合物和蛋白水解功能具有显著差异。通过对种内特异性基因进行溯源，发现23.93%–53.70%的基因发生水平基因转移事件（HGT）。此外，样品的微生物组成与各个物种/亚种的核苷酸多样性呈显著负相关关系（r = -0.65, P < 0.008）。

综上所述，在该工作中作者揭示了自然发酵乳种群组成及遗传物质交流是该微观体系的驱动因素，也为自然发酵乳制品的微生物研究提供了生态学见解。该研究从菌株、菌种和菌群层面探究自然发酵乳制品中乳酸菌多样性及稳定性机制，有望为传统发酵乳制品中优良微生物资源挖掘提供理论指导以及工业化生产提供技术支撑。

内蒙古农业大学博士后尤利军为该论文的第一作者，内蒙古农业大学刘文俊研究员、张和平教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、内蒙古自治区科技计划等多个项目的支持。

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https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.09.001