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云南省特色发酵豆豉中微生物群落结构及其元基因组分析

刘晓峰  
【摘要】:发酵食品是人类饮食的重要组成,深入研究其中微生物群落结构和代谢对于充分发掘微生物资源、促进发酵食品质量和提升其生理保健功能具有深远意义。本研究将使用分子生物学方法结合高通量测序分析发酵食品中的微生物群落结构并对其进行元基因组分析。首先,使用分子生物学方法结合高通量测序对云南特色发酵豆豉的微生物群落结构做较为深入的研究,分析其不同产地和不同发酵阶段的细菌和真菌的群落结构,并分析微生物群落结构的可能影响因素。实验所用豆豉采自云南省各个州县,提取总DNA,应用添加序列标签的引物扩增目的片段并测序。实验结果表明,在门的分类水平上,所有样品的微生物群落结构较为相似,大约80-90%的序列属于Firmicutes,大约10-20%的序列属于Proteobacteria。在属的水平上,不同地州样品的微生物群落结构则存在较大差异。在所有地州均检测出的属为芽孢杆菌属(Bacillus),乳杆菌属(Lactobacillus),四联球菌属(Tetragenococcus)和Enteric_Bacteria_cluster。德宏州的样品呈现了很好的微生物群落结构,被公认为益生菌的Lactobacillus的序列占了46%,Tetragenococcus的序列占26%,这两个属在发酵过程中均具有重要的作用。在西双版纳州的样品中,丰度最高的序列属于魏斯氏菌属(Weissella),这也是常见于发酵食品的益生菌,还检测到了四联球菌属(9%),乳杆菌属(8%),肠球菌(Enterococcus)(4%)和明串球菌属(Leuconostoc) (4%)等四个属的益生菌,也有较高比例的序列属于芽孢杆菌属(18%)。大理州的样品中,有25%的序列属于葡萄球菌属(Staphylococcus),有30%的序列属于芽孢杆菌属,属于乳酸菌的序列则较少,因此存在一定的安全隐患,需要进一步研究证实。普洱市和红河州的样品较多,微生物群落结构较为复杂,没有明显的优势种群。从所有样品的整体微生物群落结构来看,微生物群落结构的变化与地理环境之间确实存在一定的关系。在此研究基础上,将选取优势群落比较明显的代表性样品(即取自德宏州的两个豆豉样品1D和2D)进行元基因组分析,结果发现两个样品的微生物群落结构具有极大的差异性。样品1D的主要优势菌群是斯氏普罗威登斯菌(Providencia stuartii)和雷氏普罗威登斯菌(Providencia rettgeri),另外,还存在15%的阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)和2%大肠杆菌(Escherichia coli)。样品2D的主要优势菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。在样品1D和21)中,共分别得到大小为51.4 Mb和33.5 Mb的40,644和35,459条contigs,所有contig的平均长度分别为1,264 bp和944 bp,GC含量分别为41.93%和43.08%,拼接利用率分别达80.2%和91.8%。最终分别得到80,514和60,410个基因,能够与SEED数据库匹配的基因数量分别为65,302和50,298。大多数基因属于基于聚类的子系统,其次是碳水化合物,另外归类于辅酶因子、维生素、辅基、色素范畴的基因也较多。基于上述结果,有利于构建豆豉中微生物群落的主要代谢通路,得到主要微生物类型的基因组序列,为今后监测发酵食品的发酵进程奠定理论和实验基础。


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