豆酱发酵过程中细菌的动态变化及功能解析

论文摘要

豆酱作为传统酿造食品,微生物的发酵是其制作的关键环节,微生物发酵的好坏直接影响豆酱的品质。目前关于豆酱发酵过程中微生物的群落组成及动态变化研究仍然不够全面,对其中微生物功能的解析少之又少。要想深入了解豆酱发酵过程中微生物的动态变化及其在发酵中的作用,必须运用新技术从微生物代谢的本质上进行分析。因此,本课题以收集自不同发酵时期的豆酱样品为研究对象,采用宏基因组学结合生物信息学分析方法,对其发酵过程中细菌的群落组成和动态变化进行分析,并对细菌的功能基因进行注释,分析细菌在豆酱发酵过程中参与的代谢通路,进一步从功能注释的角度解读细菌在发酵过程中的具体作用。主要研究结果如下:（1）宏基因组学测序共获得164134849条原始序列,通过质控得到142306274条Clean reads,其中S1最多为50751180条,S5最少为12947289条;基因序列组装共得到261326条Contigs序列,每个样品的平均得到52265条;基因预测共得到416505个ORFs序列条数,其中完整的ORFs序列条数为109668,平均占比为26.33%;基因集中共有ORFs的序列条数为227362,其中完整的ORFs序列条数为73210,最长的ORFs序列长度为11598 bp,ORFs序列的平均长度为603.9 bp,基因的长度主要集中在2000 bp以下;基因多样性指数随着发酵的进行呈下降趋势。（2）豆酱发酵过程中共鉴定出14个细菌菌门,248个细菌菌属和841个细菌物种,其中优势菌种为肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）、柠檬明串珠菌（Leuconostoc citreum）、乳酸明串珠菌（Leuconostoc lactis）、乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）、洛绯不动杆菌（Acinetobacter lwoffii）、约翰逊不动杆菌（Acinetobacter johnsonii）、肠杆菌亚种638（Enterobacter sp.638）、屎肠球菌（Enterococcus faecium）和粪肠球菌（Enterococcus faecalis）,从动态变化来看,肠膜明串珠菌的丰度先降低后升高,最后达到65%左右,洛绯不动杆菌和约翰逊不动杆菌的丰度在发酵前30天基本不变,维持在15%左右,但随着发酵的进行,其丰度逐渐降低,肠杆菌亚种638、成团泛球菌、荧光假单胞菌、乳酸乳球菌和格氏乳球菌的丰度逐渐降低,植物乳杆菌的丰度先上升后下降,而屎肠球菌和嗜盐四联球菌直到发酵的后期才逐渐出现。（3）豆酱发酵过程中细菌的功能基因主要与碳水化合物代谢（Carbohydrate metabolism）、氨基酸代谢（Amino acid metabolism）、物质转运（Membrane transport）、无机离子转运与代谢（Inorganic ion transport and metabolism）、能量代谢（Energy metabolism）、信号传导（Signal transduction）、矿物质和维生素代谢（Metabolism of coenzyme and vitamins）、细胞壁/膜/包膜生物发生（Cell wall/membrane/envelope biogenesis）、复制、重组和修复（Replication,recombination and repair）、转录（Transcription）等有关,也有少量基因与RNA加工和修饰（RNA processing and modification）、细胞外结构（Extracellular structures）和基因与耐药性（Drug resistance）有关。（4）通过对相关代谢通路的分析表明,大多数细菌都可以参与基础代谢,如碳水化合物代谢、氨基酸代谢。少数物种与豆酱的特征有关,如绿针假单胞菌（Pseudomonas Chlororaphis）分泌的酪氨酸酶可氧化酪氨酸,此代谢与豆酱的颜色密切相关;豆酱发酵过程中精氨酸酶主要来源于四种菌,而多种菌可以分泌鸟氨酸脱羧酶和亚精胺合成酶,这三种酶参与腐胺和精胺的代谢过程;荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）分泌酪氨酸脱羧酶和L-色氨酸脱羧酶,这两种酶与酪胺和组胺的生成有关,而多种细菌可分泌赖氨酸脱羧酶,此酶与尸胺的产生有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.前言
•   1.1 豆酱
•     1.1.1 豆酱的概述
•     1.1.2 豆酱的酿制
•     1.1.3 豆酱的营养成分及其功效
•   1.2 豆酱微生物多样性研究进展
•     1.2.1 纯培养技术在豆酱多样性研究中的应用
•     1.2.2 指纹图谱技术在豆酱多样性研究中的应用
•     1.2.3 下一代测序技术在豆酱多样性研究中的应用
•   1.3 宏基因组学
•     1.3.1 宏基因组学的概述
•     1.3.2 宏基因组学在发酵食品中的应用
•   1.4 研究意义及主要内容
•     1.4.1 研究意义
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 论文创新点
• 2.材料与方法
•   2.1 试验材料
•   2.2 主要试剂
•   2.3 仪器与设备
•   2.4 试验方法
•     2.4.1 豆酱发酵过程中pH值和总酸含量的测定
•     2.4.2 豆酱发酵过程中氨基酸态氮和亚硝酸盐含量的测定
•     2.4.3 基因组DNA的提取及片段化
•     2.4.4 基因文库的构建及Cluster簇的生成
•     2.4.5 Illumina HiSeq测序
•     2.4.6 生物信息学分析
• 3.结果与分析
•   3.1 豆酱发酵过程中理化指标的变化规律
•     3.1.1 pH和总酸含量的变化规律
•     3.1.2 氨基酸态氮和亚硝酸盐含量的变化规律
•   3.2 豆酱发酵过程中细菌的群落组成及动态变化
•     3.2.1 数据统计分析
•     3.2.2 物种的累积曲线与稀释曲线
•     3.2.3 在属水平上物种的群落组成及动态变化
•     3.2.4 在种水平上物种的群落组成及动态变化
•     3.2.5 各样品之间的差异分析
•     3.2.6 优势物种分析
•   3.3 基因集的构建与差异基因分析
•     3.3.1 序列拼接组装
•     3.3.2 基因预测
•     3.3.3 基因集的构建
•     3.3.4 基因多样性分析
•   3.4 基因的功能注释分析
•     3.4.1 基于KEGG数据库功能注释分析
•     3.4.2 基于eggNOG数据库功能注释分析
•   3.5 豆酱发酵过程中细菌的功能解析
•     3.5.1 与碳水化合物代谢相关的通路分析
•     3.5.2 与氨基酸代谢相关的通路分析
•     3.5.3 与豆酱颜色相关的通路分析
•     3.5.4 与生物胺合成相关的通路分析
• 4.结论与展望
•   4.1 结论
•   4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表文章

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张鹏飞

导师: 武俊瑞

关键词: 豆酱,宏基因组学,细菌,功能基因

来源: 沈阳农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,一般化学工业,轻工业手工业,轻工业手工业

单位: 沈阳农业大学

分类号: TS214.2;TS201.3;TQ920.1

DOI: 10.27327/d.cnki.gshnu.2019.000193

总页数: 59

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