全基因组关联分析发现乙酸激酶和肽酶与瑞士乳杆菌蛋白水解能力相关

近日，内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室在食品微生物顶级期刊《Food Microbiology》上发表题为“Acetate kinase and peptidases are associated with the proteolytic activityof Lactobacillus helveticus isolatedfrom fermented food”的学术论文。 

研究背景：

瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus，L. helveticus）是一种重要的乳酸菌，被广泛应用于食品工业。其较高的蛋白水解活性可以减少发酵的成熟时间，促进风味的产生，减少牛奶发酵中的苦味。L. helveticus的发酵特性使其成为工业上重要的嗜热发酵剂，广泛应用于奶酪、发酵乳等乳制品的生产。在牛奶发酵过程中，许多重要的生物活性肽都是由L. helveticus的蛋白质水解而释放出来的。

然而，瑞士乳杆菌的蛋白水解能力在菌株之间差异很大，调节L. helveticus蛋白水解活性强度的决定因素尚不清楚，这阻碍了筛选适合工业用途的分离株的效率。L. helveticus高效蛋白水解系统由细胞包膜蛋白酶(CEPs)、底物转运系统和细胞内肽酶组成。有研究认为，CEPs的异质性和种内多样性是决定L. helveticus蛋白水解活性的主要因素。随着高通量测序技术的发展，从基因组水平上对L. helveticus的蛋白质水解系统进行分析有利于揭示其蛋白水解活性的调控机制。本研究对60株发酵食品来源的L. helveticus的基因组进行了测序，并系统地研究了蛋白质水解活性的决定因素。

研究方法：

本研究共分析了60株L. helveticus。菌株均由内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室于2002年至2009年从内蒙古、新疆、甘肃、青海、西藏、云南等地采集的天然发酵乳制品和酸粥。利用高通量测序技术对60株L. helveticus进行全基因组测序，并进行系统发育、比较基因组和全基因组关联研究(GWAS)，系统地研究与L. helveticus中蛋白质水解活性相关的因素。

主要研究结果：

基于L. helveticus分离株核心基因构建的系统发育树

通过GWAS鉴定蛋白水解活性相关基因和单核苷酸多态性

利用GWAS分析具有/不具有两个蛋白水解活性相关基因的分离株的蛋白水解活性

基于单核苷酸多态性(SNPs)图谱的不同序列类型(STS)(A)菌株的蛋白水解活性及其聚类模式（B）

总结和展望

本研究利用60株L. helveticus进行分析，考察了影响其蛋白水解活性强度的因素。结果表明，发酵产物的类型、地理位置、菌株亲缘关系和CEPs的分布不是决定L. helveticus蛋白水解活性差异的主要因素。GWAS结果表明，瑞士乳杆菌的蛋白水解活性与乙酸激酶(ackA)呈负相关，与15个已鉴定的SNP呈正相关。此外，蛋白水解活性还与SNP谱有关。研究为今后筛选具有较强蛋白水解活性的瑞士乳杆菌提供了理论依据。

该研究已于2020年11月在线发表于食品微生物顶级期刊《Food Microbiology》（IF2019年: 4.155，中科院一区top期刊），第一作者：钟智副研究员，胡日查（在读博士生）；通讯作者：陈永福研究员。