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文檔簡介
1、許多植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)都是重要的益生乳酸菌,因其具有優(yōu)良的發(fā)酵特性和卓越的益生功能而廣泛地被應用于乳制品中,尤其在發(fā)酵乳制品中更為常見。γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是哺乳動物神經中樞的一種抑制性神經遞質,具有調節(jié)血壓、鎮(zhèn)靜安神、促進胰島素分泌、保護肝腎機能、預防肥胖等功能。
本課題以Lb.plantarum的模式菌株Lb.plantarum
2、ATCC14917為研究對象,首先通過單因素實驗,以GABA產量為指標研究了影響菌體積累GABA的因素;再通過正交實驗確定各因素對GABA產量影響的顯著程度。其次,以L-谷氨酸鈉(monosodium L-glutamate,L-MSG)為單一誘導因素,化學限定培養(yǎng)基為發(fā)酵基質,建立了能夠誘導GABA產量顯著升高的發(fā)酵體系;最后,對特定時間點GABA產量差異最為明顯的菌體細胞進行轉錄組測序,并對與GABA產量差異存在密切聯(lián)系的基因進行定
3、量分析、功能注釋、代謝通路富集等相關生物學信息分析,從而預測由L-MSG誘導的,Lb.plantarum ATCC14917中GABA的代謝途徑。
通過上述研究得到以下結果:
1、L-MSG濃度、磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate,PLP)濃度、發(fā)酵初始pH值、發(fā)酵溫度能夠顯著影響菌體積累GABA,但鈣離子濃度對其產量影響不大;正交實驗結果確定上述五個因素對GABA產量影響的顯著程度為:發(fā)酵初始pH值
4、>發(fā)酵溫度>L-MSG濃度>PLP濃度>Ca2+濃度。
2、以L-MSG為單一誘導因素,建立的GABA產量顯著升高的發(fā)酵體系為發(fā)酵初始pH值為5.5,發(fā)酵溫度為37℃,L-MSG濃度為100 mM,接種量為3%,培養(yǎng)基體積為2L。在此條件下,發(fā)酵36 h時,添加L-MSG發(fā)酵液中GABA含量為721.35 mM,是未添加L-MSG發(fā)酵液中GABA含量的7.77倍。
3、高通量轉錄組測序得到了由L-MSG誘導、表達量存
5、在明顯變化的87個差異基因,其中有69個顯著上調基因和18個顯著下調基因,主要包括磷酸轉移酶編碼基因、丙酮酸脫氫酶編碼基因、GAD編碼基因、GABA轉氨酶編碼基因、琥珀酸半醛脫氫酶編碼基因等。這些差異基因分別與碳水化合物跨膜轉運、糖-磷酸轉移酶、轉氨酶等功能密切相關,同時參與丙酮酸代謝、戊糖磷酸途徑、脂肪酸合成、氨基酸代謝等與GABA代謝相關的生物化學過程。
4、經差異基因的功能注釋和代謝通路富集分析,預測了L-MSG誘導Lb
6、.plantarumATCC14917大量積累GABA可能的分子機制如下:①L-MSG誘導GAD編碼基因gadB上調表達,促進L-MSG大量轉化成GABA;②L-MSG誘導GABA轉氨酶編碼基因gabT下調表達,抑制GABA的分解途徑,有助于GABA的積累;③L-MSG誘導葡萄糖經糖酵解、丙酸代謝等途徑生成琥珀酸,琥珀酸可抑制GABA的分解途徑,有助于GABA的積累;④L-MSG激活了細胞質中脂肪酸的合成,增加了細胞膜的通透性,有助于細
7、胞對物質的吸收,促進菌體細胞生長和代謝。
本課題研究了影響Lb.plantarum ATCC14917積累GABA的主要因素,并利用新一代高通量測序技術實現(xiàn)了在轉錄組水平上探究Lb.plantarum ATCC14917生成GABA的分子機制,同時預測了GABA的代謝途徑。本研究為從分子水平上調控Lb.plantarum發(fā)酵合成GABA、提高GABA的產量奠定了重要的理論基礎,同時也為其他種屬乳酸菌GABA合成機理和代謝途徑的
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