豆酱自然发酵过程中菌群结构及其代谢功能的宏转录组学分析

发布时间：2020-05-04 23:10

【摘要】：豆酱是以大豆为主要原料,经微生物自然发酵而成的一种风味独特的传统发酵制品,其菌群结构直接影响豆酱的品质。而目前关于豆酱发酵过程中菌群结构及功能的研究还大多集中在DNA层面,其结果并不能反映豆酱体系中菌群的真实情况,对于发酵过程中实际发生的代谢反应也只能是推测。因此,为反映自然发酵豆酱菌落的真实情况,避免传统分子生物学手段所带来的死亡菌群干扰,故尝试使用宏转录组学技术来对豆酱发酵体系中的真正发挥作用的活菌群落进行分析,深入解析不同发酵阶段微生物的功能基因表达变化以及微生物对环境的适应性反应,从功能丰度谱和物种组成谱两个层面,分别比较了不同发酵时期的差异表达量大小,并将重要的理化指标与宏转录的研究结果进行整合分析,同时采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用方法,对传统豆酱的挥发性风味成分进行分析,与宏转录组共同揭示发酵过程中真正发挥重要作用的菌种及其相关功能类群。主要研究结果如下:1.首先对豆酱总RNA提取的前处理方法进行对比研究,发现对豆酱样品进行离心处理可以很好地解决复杂发酵体系对RNA提取的影响,这种样品前处理方式对发酵初期豆酱总RNA提取的帮助尤为明显。2.宏转录组功能研究结果显示,各个数据库虽各有侧重,但都大量注释到代谢活动,说明自然发酵豆酱中的微生物活动大多与氨基酸,碳水化合物及能量代谢有关。宏转录组物种注释结果表明,液态酱发酵阶段,细菌真正起主导作用。主要菌属为四联球菌属、乳杆菌属、葡萄球菌属、太平洋海洋杆菌属及肠球菌属,真菌仅在发酵初期有一定丰度。绝大部分物种呈正相关关系,但乳杆菌属与芽胞八叠球菌属、曲霉菌属及太平洋海洋杆菌中的菌种呈负相关关系。各发酵阶段样品功能和物种层面一致性较高。3.冗余分析(redundancy analysis,RDA)结果表明,绝大部分菌属呈正相关关系,乳杆菌属与太平洋海洋杆菌属呈强负相关关系。此外,葡萄球菌属、肠球菌属、芽胞杆菌属、枝芽孢杆菌属、曲霉属及根霉菌属与pH值及水分呈正相关关系,四联球菌属、太平洋海洋杆菌属、库特氏菌属与pH值呈负相关关系。乳杆菌属及四联球菌属与色度呈正相关关系,说明其可能对豆酱色泽变化有一定影响。仅乳杆菌属与盐浓度呈正相关关系。4.共检出27种挥发性成分,最主要的挥发性成分是酯类物质。相关性分析结果表明,肠球菌属、四联球菌属、乳杆菌属可能为脂质代谢主要功能菌。嗜盐四联球菌、蛋白原酶乳杆菌、酸鱼乳杆菌、植物乳杆菌、粪肠球菌、枯草芽孢杆菌与风味物质成显著正相关关系,其可能为对挥发性风味物质合成有重要影响且真正发挥作用的核心发酵微生物种。
【图文】：

电泳图,豆酱,不同前处理,电泳图

检测结果如图 1 所示，不同前处理方式所获得的 RNA发酵时期的总 RNA 提取效果也存在一定差异。，，经过离心处理后的样品能得到 23S、16S 条带，条带的亮度高于 16S 条带，说明经离心处理后提取的总 R于后续试验；而未经离心处理的样品 RNA 条带相对较严重，完整性较差，无法满足宏转录组建库要求。同时泳条带亮度明显弱于发酵第 56 天，说明发酵初期豆酱末期。

统计图,统计图,功能体,大类

图 2 KEGG 注释结果统计图Fig.2 KEGG comment results statisticsOG 注释ggNOG 分类，可以统计注释到的 24 个功能大类的 EggNOG 功能体的注释结果如图 3 所示。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS264.24

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