产胞外多糖嗜热链球菌eps基因簇的表达及生物信息学分析

目的:胞外多糖(EPS)作为乳酸菌(LAB)重要的次级代谢产物,在发酵乳制品的生产中发挥着重要作用。采用生物信息学方法分析乳酸菌产EPS的分子机制,为开发利用EPS提供理论依据。方法:采用二代测序技术(Illumina Hiseq 4000)及实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对分离自蒙古国酸牛奶中一株高产EPS的嗜热链球菌IMAU20756进行基因组测序,并对不同时间点eps基因表达量进行定量分析。结果:该菌株基因组全长为1838440 bp,GC含量为38.8%,共编码2120个基因,包含1962个功能基因,36个t RNA、515个假基因、1个tmRNA和2个重复单位。其中和EPS生产相关的基因有12个,epsA、epsB是调控基因,epsC、epsD决定多糖链长,eps1E、eps2E、epsG、epsF、epsH、epsI、epsJ是编码糖基转移酶基因,epsK调控多糖聚合及输出。结论:所有和EPS生物合成相关的基因在发酵过程中均能表达,特别是糖基转移酶的基因表达量在发酵6 h时达最高。

Streptococcus thermophilus IMAU20551胞外多糖基因簇及其表达分析

以1株产胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)的嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)IMAU20551为研究对象,提取其DNA后采用Illumina HiSeq技术对DNA进行二代基因组重测序,并利用SOAPdenovo软件对其进行组装,通过与RAST、直系同源集、基因本体论、京都基因与基因组百科全书等数据库进行比对,注释基因组中功能基因。发现S.thermophilus IMAU20551基因组全长1725107 bp,共注释出1884个功能基因,其中包含一个长度为19376 bp的完整eps基因簇,该基因簇中与EPS合成相关的基因共有18个,主要包括epsA、epsB、epsC、epsD、epsE、eps1F、eps2F、epsJ、wzx、epsP和epsX等,这些基因分别对EPS的合成、组装以及转运输出进行调控。另一方面,利用实时聚合酶链式反应对S.thermophilus IMAU20551 eps基因簇表达进行验证,发现所有基因均可表达,且除个别糖基转移酶基因外,其他被测基因均在6 h达到最大表达量。本研究介绍了S.thermophilus IMAU20551的基因组特征、eps基因簇及其表达能力,为今后深入研究S.thermophilus EPS基因簇及其表征结构的互作关系奠定基础。

干酪乳杆菌LC2W胞外多糖生物合成基因簇启动子的鉴定

干酪乳杆菌LC2W是一株高产胞外多糖的益生乳酸菌,其胞外多糖具有独特的物化特性和益生活性,应用潜力巨大。但LC2W胞外多糖(EPS)生物合成的基因调控研究较少,其核心元件启动子尚未明确。为鉴定干酪乳杆菌LC2W中eps基因簇的启动子,本研究采用生物信息学方法预测得到8个潜在启动子区域,通过RT-PCR方法鉴定出6个启动子元件P2169-2170、P2172-2173、P2174-2175、P2175-2176、P2185-2186、P2189-2190,为干酪乳杆菌EPS合成的转录调控研究奠定基础。

嗜热链球菌937胞外多糖生物合成途径及表型分析

嗜热链球菌在生长过程中产生的胞外多糖能够改善发酵乳制品质地,还具有多种生理生化功能。为探究组氨酸、异亮氨酸和谷氨酸对嗜热链球菌937胞外多糖的调控机制,该研究通过全基因组测序,分析了菌株胞外多糖合成途径,随后探究了3种氨基酸浓度提升对菌株生长、胞外多糖产量和性质以及epsABCD转录水平的影响。结果发现,该菌具有转运葡萄糖、蔗糖等特异性PTS转运系统和乳糖渗透酶;具有合成UDP-葡萄糖、UDP-半乳糖和dTDP-鼠李糖的潜力;染色体上存在由18个编码基因组成的eps基因簇。当3种氨基酸浓度提升至15 mmol/L时,菌株胞外多糖产量提升1.5倍、分子质量提升1.2倍、单糖组成摩尔比发生变化并且epsABCD转录水平均显著上调(P<0.05)。3种氨基酸通过调控epsABCD的表达,提升了胞外多糖产量并调节了化学性质,该研究结果在基因水平上为嗜热链球菌胞外多糖生物合成提供了更好的解释。

嗜热链球菌IMAU20246胞外多糖基因簇及其表达分析

【目的】嗜热链球菌IMAU20246是一株具有良好发酵特性且高产胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)的菌株,但其EPS基因簇及合成途径尚不清晰。因此可通过全基因组测序及生物信息学分析菌株基因组序列,探究EPS合成及调控机制。【方法】本实验对嗜热链球菌IMAU20246进行全基因组测序并进行生物信息学分析,解析EPS生物合成相关基因簇及EPS合成途径,同时采用实时荧光定量PCR技术(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)对其不同时间点EPS基因簇的表达进行定量分析。【结果】嗜热链球菌IMAU20246基因组中有一个18.1 kb的EPS生物合成基因簇,编码15个与EPS生物合成相关的基因。嗜热链球菌IMAU20246通过转运葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖、乳糖、海藻糖、纤维二糖及蔗糖合成UDP-葡萄糖、dTDP-葡萄糖、dTDP-鼠李糖、UDP-半乳糖、UDP-呋喃半乳糖、UDP-N-乙酰葡萄糖胺和UDP-N-乙酰半乳糖胺等7种糖核苷酸。qRT-PCR的结果表明,EPS基因簇中的基因在细胞生长阶段均能表达,特别是糖基转移酶基因epsE、epsF、epsH和epsJ在培养6 h时表达量最高,此时EPS产量达到最高。【结论】本研究从基因组解析了嗜热链球菌IMAU20246 EPS基因簇及其合成途径,为菌株的进一步开发提供了理论依据。

乳酸菌胞外多糖的结构、生物合成及其应用

胞外多糖(EPS)是微生物在生长代谢过程中分泌到细胞壁外常渗于培养基的一类糖类化合物。这些高分子糖类聚合物因具有独特的流变学特性和分子结构,可作为增稠剂、乳化剂和稳定剂等在食品和非食品工业中发挥重要作用。一些乳酸菌胞外多糖还具有促进免疫、降低胆固醇和抗肿瘤等特性。本文综述了乳酸菌胞外多糖的化学结构、生物合成机制及其在食品中的应用。

嗜热链球菌KLDSSM胞外多糖生物合成途径的分析

为了从遗传水平上探究嗜热链球菌KLDS SM合成胞外多糖(EPS)的能力,本研究从糖被转运进入胞内、糖核苷酸合成及EPS基因簇三方面所涉及的基因进行了相关分析。结果发现,该菌能够转运葡萄糖、乳糖、蔗糖、海藻糖及甘露糖5种糖,具有代谢葡萄糖、乳糖、果糖、蔗糖、海藻糖与甘露糖形成糖酵解中间代谢产物的酶类,拥有合成EPS前体物质UDP-葡萄糖、UDP-半乳糖、UDP-N-乙酰基葡糖胺、UDP-呋喃半乳糖与d TDP-鼠李糖的潜力。同时序列比对分析发现该菌具有一个与高产EPS的菌株ASCC 1275一致性极高的EPS基因簇,且EPS初步产量测定约为331 mg/m L,表明该菌是一株高产EPS潜力菌株,具有较大的应用潜能。

Limosilactobacillus fermentum F-6的遗传背景和功能基因组

【目的】Limosilactobacillus fermentum具有增强免疫力、产胞外多糖(exopolysaccharide,EPS)等多种功能特性,广泛应用于食品领域,具有较高经济价值。本文从群体遗传学角度,解析L.fermentum F-6的遗传背景和功能基因特征,为其开发利用提供遗传学基础。【方法】本研究对NCBI已公开的23株L.fermentum全基因组序列和1株模式菌株ATCC 14931T的基因组序列进行比较基因组学分析。利用Roary软件识别核心基因集与泛基因集;采用rapid annotation using subsystem technology(RAST)网站对基因组进行功能注释,以探究F-6基因组特征。【结果】以识别到的997个核心基因构建系统发育树,发现聚类趋势与分离源无关,但F-6与3株食品分离株聚在同一分支。功能注释分析发现,24株L.fermentum中仅F-6含有参与支链氨基酸合成途径的基因(ilvD、leuA等),可为机体提供必需氨基酸。F-6含有大量编码糖基转移酶和UDP-葡萄糖4-表异构酶的基因,且含有1个完整的eps基因簇。与其他L.fermentum相比,F-6携带的特有功能基因gadC与菌株耐酸能力有关。此外,F-6具有与谷胱甘肽、抗菌肽和黏附分子合成相关的功能基因。【结论】本文从全基因组水平解析L.fermentum F-6遗传背景和功能基因特征,认为其是一株具有耐酸基因、支链氨基酸合成基因和完整eps基因簇的潜在益生菌株,为其应用研究提供了必要的理论依据。