基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)與代謝組學(xué)的Streptococcus thermophilus TF96氨基酸代謝機(jī)制研究.pdf

1、嗜熱鏈球菌作為重要的發(fā)酵劑菌株被廣泛的應(yīng)用于發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)，高密度培養(yǎng)是制備嗜熱鏈球菌直投式發(fā)酵劑最關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。嗜熱鏈球菌屬于氨基酸營養(yǎng)缺陷型菌株，氨基酸代謝對(duì)嗜熱鏈球菌的增殖和抵御不良環(huán)境的脅迫有重要作用。就嗜熱鏈球菌的高密度培養(yǎng)而言，研究嗜熱鏈球菌在特定增殖環(huán)境下的營養(yǎng)需求及代謝機(jī)制尤為重要，特別是作為氮源的氨基酸代謝，在此方面研究的缺失使關(guān)于氮源篩選的研究存在隨機(jī)性和盲目性，同時(shí)也妨礙了高密度培養(yǎng)氮源的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)及高生物量

2、的獲取。本文以前期工作篩選出來的具有良好發(fā)酵特性的Streptococcus thermophilus TF96為試驗(yàn)菌株，在以氨基酸為唯一氮源的化學(xué)合成培養(yǎng)基中于控制發(fā)酵體系pH條件下對(duì)其增殖培養(yǎng)。在分析了Streptococcus thermophilus TF96生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，采用高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)和代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)Streptococcus thermophilus TF96四個(gè)關(guān)鍵生長(zhǎng)點(diǎn)的氨基酸代謝路徑中的關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)錄水

3、平和代謝物濃度的變化進(jìn)行研究。以闡明Streptococcus thermophilus TF96在培養(yǎng)基過程中哪些關(guān)鍵基因參與了氨基酸的代謝調(diào)控及在此調(diào)控模式下產(chǎn)生了何種代謝產(chǎn)物。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果表明參與氨基酸代謝的基因占總基因數(shù)的15.37％，為Streptococcusthermophilus TF96最活躍的代謝路徑之一。在氨基酸代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄基因中，參與Tyr代謝的基因最多，其次為Gly、Se

4、r、Thr、Arg、 Pro、Cys和Met。參與Tyr代謝的基因占氨基酸代謝總基因數(shù)量的15％，Gly、 Ser與Thr同Arg與Pro均占14％，Cys和Met約占12％。⑵參與Ala代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閍laA、alr、dat、ddl和dltA，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下丙氨酸的代謝產(chǎn)物為聚-D-丙酰-丙酰和D-丙氨酰-D-丙氨酸?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出丙氨酸的代謝流向主要是合成肽聚糖和磷壁酸。⑶參與Val、Leu和Ile代謝的關(guān)

5、鍵基因?yàn)閕lvA、tdcB、ilvB、ilvG、ilvI和ilvE，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下得到中間產(chǎn)物異丙基蘋果酸?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Val、Leu和Ile在T3時(shí)期濃度均較大，表明Streptococcus thermphilus TF96增殖培養(yǎng)過程中主要利用支鏈氨基酸，其代謝流向?yàn)檫M(jìn)行Val、Leu和Ile的生物合成。⑷參與Asp代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閍rgH、aspB、nadB和lysC，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下Asp的代謝

6、產(chǎn)物為5-羥基四氫嘧啶、L-4-天冬氨酰-P和N6-乙酰-LL-2，6-二氨基庚二酸等?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Asp的代謝流向主要是四氫嘧啶合成路徑和賴氨酸合成路徑，以調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓和穩(wěn)定菌體的蛋白結(jié)構(gòu)。⑸參與Glu、Arg和Pro代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)間lnA、gdhA、carB、gadA、glmS、OTC、arcC、argH和amiE，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下Glu、Arg和Pro的代謝產(chǎn)物為D-谷氨酸、N-乙酰谷氨酸、5-氧代-

7、D-脯氨酸、β-阿魏酰腐胺、1-吡咯啉-4-羥基-2-羧酸鹽和N2-琥珀酰-鳥氨酸等?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Glu的代謝流向主要是5-氧代-D-脯氨酸和鳥氨酸合成路徑，Arg為N2-琥珀酰-烏氨酸和β-阿魏酰腐胺路徑，Pro流向氨基戊酸和1-吡咯啉-4-羥基-2-羧酸鹽路徑。⑹參與His代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閔isB和METTL6，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下His的代謝產(chǎn)物為組氨酸甜菜堿和麥角硫因?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出His的代謝流

8、向主要是甜菜堿合成路徑，以發(fā)揮抗氧化和抗?jié)B透壓的細(xì)胞保護(hù)作用。⑺參與Cys和Met代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閏ysE、cysK、metK、gadA、metE、mtnN、aspB和metC，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下二者的代謝產(chǎn)物為L(zhǎng)-胱硫醚、L-同型半胱氨酸、S-腺苷-L-同型半胱氨酸、S-核糖-L-同型半胱氨酸、L-甲硫氨酸-氧化物和?；撬岬取；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Cys和Met的代謝流向主要是甲硫氨酸合成路徑和?；撬崧窂健＂虆⑴cSer、G

9、ly和Thr代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)镈LD、lpd、glyA、tdcG、sdaA、sdaB和soxA，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下三個(gè)氨基酸的代謝產(chǎn)物為O-乙酰-絲氨酸、半胱氨酸、O-琥珀酰-絲氨酸和胱硫醚，基于轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Ser、Gly和Thr的代謝流向主要是半胱氨酸合成路徑。⑼參與Phe代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閐at、dadA和aspB，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下Phe的代謝產(chǎn)物為苯乙醛、苯乙酸、苯乳酸、D-苯丙氨酸、反式肉桂酸、香草醛和香

10、草胺等。基于轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Phe的代謝流向主要是苯乙酸路徑、苯丙酮酸路徑和肉桂酸路徑。⑽參與Tyr代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閍dhE、aspB和METTL6，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下Tyr的代謝產(chǎn)物為L(zhǎng)-左旋多巴、多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素、高香草酸、3，4-二羥基苯乳酸、無色多巴醌、黑色素、酪胺、4-羥基苯乙醛、4-羥基苯乙酸、同型原兒茶酸、對(duì)羥苯丙酮酸和尿黑酸等?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Tyr的代謝流向主要是兒茶酚胺路徑、黑色

11、素路徑和氧化分解路徑。⑾參與Ser代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閍miE，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下Ser的代謝產(chǎn)物為吲哚、5-羥色胺、吲哚-3-乙醛、吲哚乙醇、吲哚乙酸、鄰氨基苯甲酸、血清素和5-羥基-N-甲酰犬尿氨酸等。基于轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出Ser的代謝流向主要是5-羥色胺路徑和犬尿氨酸路徑。⑿參與谷胱甘肽代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)間or、pepD、G6PD和zwf，在上述關(guān)鍵基因的調(diào)控下谷胱甘肽的代謝產(chǎn)物為L(zhǎng)-γ-谷氨酰半胱氨酸、二硫化谷胱甘肽、

12、谷胱甘肽-亞精胺、谷胱甘酰-亞精胺和谷胱甘肽酰胺基-丙基-尸胺。基于轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出谷胱甘肽的代謝流向主要是谷胱甘肽-亞精胺、谷胱甘酰亞精胺和谷氨酰半胱氨酸生成路徑。⒀參與硒代化合物代謝調(diào)控的關(guān)鍵基因?yàn)閙etE，在基因的調(diào)控下硒代化合物的代謝產(chǎn)物為硒代胱硫醚、硒代同型半胱氨酸、硒代甲硫氨酸、Se-甲基硒代甲硫氨酸和γ-谷氨酰-Se-甲基硒代半胱氨酸?；谵D(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)得出硒代化合物的代謝流向主要是甲基硒代甲硫氨酸和甲基硒代半胱