不同来源植物乳杆菌基因组结构和功能差异的比较研究

摘要

[目的]本试验研究不同来源植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)基因特点以及在不同环境下其基因多样性,探究2株L.plantarum A8和P9在肠道生境及植物表面适应性的异同,为优良菌株的开发提供理论基础.[方法]本研究对从动物肠道和植物表面分离获得的L.plantarum A8和L.plantarum P9的基因组进行分析,利用第二代测序技术(NextGeneration Sequencing,NGS),基于Illumina NovaSeq测序平台,同时利用第三代单分子测序技术,基于PacBio Sequel测序平台,对L.plantarum A8和L.plantarum P9进行测序.采用Carbohydrate-active enzymes (CAZy)、Koyto encyclopedia of genes and genomes (KEGG)和Clusters of orthologous genes (COG)数据库对基因组进行功能注释;采用CGView软件绘制菌株的基因组环形图谱.应用比较基因组学与已经公开发表的其他L.plantarum基因组进行比较分析.[结果]由研究可知L.plantarum A8和L.plantarum P9基因组大小存在差异,通过构建系统发育树发现2株菌与其他来源的L.plantarum分在同一分支,并且L.plantarum P9与母乳来源的L.plantarum WLPL04菌株距离最近,而L.plantarum A8与L.paraplantarum DSM 10667距离最近.通过基因家族分析可知,2株菌共有基因为2643个,其中包括一些抗应激蛋白如热休克蛋白、冷休克蛋白.L.plantarum A8和P9独特基因分别为321和336个,L.plantarum A8中独特基因主要参与DNA复制、ABC转运系统(ABC transfer system)、PTS系统(phosphotransferase system)、磺酸盐转运系统、氨基酸生物合成等代谢通路;L.plantarum P9的独特基因以参与碳水化合物的运输和代谢基因居多,例如rpiA基因、lacZ基因、FruA基因等.[结论]通过比较基因组学方法解析L.plantarum的基因组信息,发现动物肠道来源的L.plantarum具有较好的氨基酸转运能力,植物表面附着的L.plantarum菌株具有较好碳水化合物利用能力,从而为益生菌的开发与利用提供理论依据.