转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生长特性和抑菌能力

2022-04-24 08:42 来源: 鹿明生物

原标题：转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生长特性和抑菌能力

前言

2022年2月，中国海洋大学食品科学与工程学院刘尊英教授课题组在《Foods》期刊发表的题为“Dissecting of the AI-2/LuxS Mediated Growth Characteristics and Bacteriostatic Ability of Lactiplantibacillus plantarum SS-128 by Integration of Transcriptomics and Metabolomics”的研究成果，通过转录组学和代谢组学等研究方法，发现植物乳孢杆菌可以通过AI-2/luxs介导的群体感应(QS)系统来调节其生长特性和代谢，该系统是参与食品安全的正调控因子，这将有助于研究植物乳孢杆菌的生物保护控制潜力，特别是在食品工业生物技术中的应用。

转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生

中文标题：通过转录组学和代谢组学的整合剖析植物乳杆菌 SS-128 的 AI-2/LuxS 介导的生长特性和抑菌能力

发表期刊：Foods

影响因子：4.350

作者单位：中国海洋大学

涉及的欧易/鹿明生物服务产品：转录组测序、GC-MS/LC-MS非靶向代谢组学

研究背景

乳酸菌(LAB)是自然界中安全且广泛的微生物，主要用于发酵剂和益生菌。植物乳杆菌作为乳酸菌的一种，具有对复杂食物基质环境的抗性，并能快速增殖，表明其具有较高的工业应用潜力。与其他菌株不同，植物乳孢杆菌可以通过涉及cysK酶的直接巯基化从半胱氨酸合成同型半胱氨酸，以确保s-腺苷蛋氨酸(SAM)甲基的再生。由于cysK酶的独特功能与luxS非常相似，从而推测它有助于提高植物乳杆菌的生长能力和抗逆性，因此通过了解AI-2/luxs介导的QS系统对LAB的生长特性和抑菌能力的调控机制，为提高其生物保存功能提供依据。

研究思路

转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生

(点击图片查看大图)

实验方法

研究材料：SS-128的luxS-突变体

1)AI-2试验

2)细菌生长试验

3)流式细胞术测定

4)抑菌能力的测定

5)转录组分析

6)非靶向GC-MS/LC-MS代谢组学分析

研究结果

luxS基因敲除的确认

为了确认luxS作为一种s-核糖体同型半胱氨酸裂解酶的功能，作者构建了一个luxS的敲除突变体，然后利用生物发光法检测植物乳杆菌SS-128和∆luxS/SS-128上清液中AI-2的水平。luxS基因编码一种参与蛋氨酸代谢的酶，其缺失最终导致AI-2的缺失。如图1c所示，植物乳杆菌SS-128的AI-2积累浓度在指数期后期达到最高水平，在稳定期缓慢下降。此外，与结合转录水平表达分析的∆luxS/SS-128相比，SS-128的AI-2活性在14h时显著增加(图1d)。这些数据表明，luxS的缺失导致了AI-2合成的残疾。

转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生

图1 | SS-128和∆luxS/SS-128中luxS基因的两步同源重组、PCR扩增、AI-2活性和luxS基因的转录

植物乳杆菌SS-128和∆luxS/SS-128的生长特性

植物乳杆菌通过生产主要由有机酸组成的抑菌化合物，在阻碍食品系统中的致病菌和腐败菌的活性方面具有很大的潜力。因此，作者比较了无细胞上清液对植物乳杆菌SS-128和∆luxS/SS-128的大肠杆菌、波罗氏希瓦氏菌、金黄色葡萄球菌和约氏不动杆菌的抑菌能力(图2d)。如图2d所示，对照组没有抑菌环，说明MRS肉汤对食源性腐败和致病菌没有抑菌能力。相比之下，SS-128在细菌周围表现出一个清晰的抗菌环，并且在14h后大于∆luxS/SS-128。特别是与∆luxS/SS-128(15.18mm)相比，SS-128在24h时收集的CFS对波罗的海链球菌(16.41mm)具有显著的抑菌活性(p<0.05)。通过上述结果可知，SS-128的代谢物具有较强的抑菌能力。

转录组学和代谢组学揭示植物乳孢杆菌介导的生

图2 | 流式细胞术检测植物细胞密度、活细胞数、VCP，以及SS-128和∆luxS/SS-128对大肠杆菌、波罗的海、金黄色葡萄球菌和约氏氏菌的抑制区图

植物乳杆菌SS-128和∆luxS/SS-128的体外抑菌作用