Food Microbiology | 基因+转录+代谢组学研究环境胁迫对酒酒球菌的生长应激反应

（点击图片了解详情）

2021年9月，西北农林科技大学刘树文课题组在Food Microbiology发表了题为“Integrative multiomics analysis of the acid stress response of Oenococcus oeni mutants at different growth stages"的研究成果，通过全基因组测序，转录组学，代谢组学等多组学分析，研究了来自3个野生型菌株的6个酒酒球菌突变体对酸性环境响应的综合调控机制，揭示了酒酒球菌在高AS生长期间的整体行为变化。

乳酸菌LAB是一类常见微生物，广泛应用于农业、工业、食品和医学，也是生化、遗传学和分子生物学研究的理想遗传材料。酒酒球菌是从葡萄中分离出来的菌类，是触发葡萄酒发酵中苹果酸-乳酸发酵(MLF)的主要微生物。

环境胁迫会影响酒酒球菌的生长，其中酸胁迫会导致酒酒球菌膜流动性降低，激活H+-ATP酶活性，加速苹果酸和柠檬酸盐利用率。LAB对AS的耐受性受到多种机制的调节，在整个生长期调控AS反应的全部机制仍有待进一步探索。

1. 低能N+离子束辐射诱导突变；

2. 选择性培养获得耐酸/碱突变体；

3. 基因组学测定，转录组学测定，代谢组学测定；

4. 整合途径分析，得到结论。

1. 基因型与表型之间的关系

pH=3.0孵育120h后，b1、a3和c1（耐酸突变体）的细胞密度显著高于相应的野生型菌株SX-1b、SX-1a和CS-1b。与相应的野生型菌株和耐酸突变体相比，b2和SX-1b的细胞密度最低。

来自同一野生型菌株的耐酸突变体b1和酸敏感突变体b2表现出最明显的表型差异。

图1 | pH=3.0 ATB培养基条件下酒酒球菌野生型及突变体的生长活性

全基因组测序在6个突变体的459个基因中发现了1411个SNPs。富集分析显示，这些SNPs在嘌呤代谢、嘧啶代谢、脂肪酸生物合成、脂肪酸代谢、药物代谢和代谢途径方面的检出率存在显著差异。统计分析表明，相同表型的突变体（耐酸突变体）中存在耐酸敏感的相同位点，表明SNPs与其表型密切相关。

图2 | 不同采样点的b1和b2之间DEGs(A)和差异代谢物(B)的总数变化

2.突变体的转录组和代谢组分析

对耐酸突变体b1和酸敏感突变体b2分别在3h、36h和108h进行转录组和代谢组分析，两两比较共检测到550个DEG。图3显示了3个时间点2种突变体的表达差异，结果表明，在不同的生长阶段，酒酒球菌对酸性环境的响应是不同的。

图3 | 转录组学的富集分析结果

在代谢组学方面，三个采样点(b1 vs b2)共积累了446种代谢物，各采样点上调代谢物数量均高于下调代谢物数量。结果表明，在不同的生长阶段，酒酒球菌对酸性环境的响应是不同的。

3.突变体基因组学、转录组学和代谢组学的综合分析

多组学整合分析对于增强对酸应激反应的理解和识别有意义的分子机制集群至关重要。筛选了基因组学、转录组学和代谢组学的整合途径，以研究多种改变如何共同促进酒酒球菌的酸调节。

图4 |  多组分析的综合途径

细胞膜是对抗酸应激的第一个屏障

与ABC转运体和甘油磷脂代谢相关的基因在不同种酒酒球菌间表达水平不同，脂肪酸的生物合成、脂肪酸代谢和磷酸转移酶系统(PTS)在基因组和转录组分析中均有显著的富集。

细胞内多个过程相互影响，构成了一个复杂的调节网络

碳水化合物和氨基酸的代谢所占比例最大。嘌呤和嘧啶途径也发现了一个或多个突变基因，可能为进一步研究耐酸微生物的进化趋势提供一个可能的方向。

转录组学和代谢组学数据显示了细胞在不同生长阶段的动态变化

差异的原因可能是不同的生长阶段，细胞有不同的酸反应策略。

本文运用了（基因组学，转录组学，代谢组学）的多组学整合分析表明，酸敏感和耐酸O.oeni突变体的细胞内反应存在显著差异，细胞内差异表达基因和差异代谢物的水平在不同生长阶段也有变化。

参考文献：

https://doi.org/10.1016/j.fm.2021.103905

猜你还想看

◆避坑攻略 | 蛋白/代谢组学样本收集与保存7大注意盲区

◆专项报道 | 聚焦代谢组菌群研究，看4篇高分顶刊文章如何“革命”肠道菌群？

◆一区 | IF:14.553多发性硬化症的相关空间代谢组学研究

◆盘点 | 4篇经典代谢组学方法在植物领域中的研究：番茄、玉米、水稻、黄瓜

END

本文转载于质谱成像

文献整理｜蒋欣依

指导教师｜贺玖明

再帕尔·阿不力孜科研团队

第106期