枯草芽孢杆菌酱香风味基因bglH、sdhC和exuT的功能研究

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枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.subtilis)是一类可产生内生孢子的革兰氏阳性细菌,属于食品安全级微生物(GRAS)。目前,已被广泛应用于食品发酵、家禽饲料、医疗卫生及农业生产中。B.subtilis发酵的酱香制品备受人们青睐。但迄今为止,对于B.subtilis发酵产酱香风味的机制研究仍然不清。实验室前期通过对中温(45℃)、中低温(37℃)条件下的B.subtilis BJ3-2进行转录组测序,并对其进行差异性和富集分析,筛选出了多个显著差异表达基因。生物信息学分析和实时荧光定量PCR验证,并结合已报道文献,最终选择bglH(芳基-磷酸-β-d-葡萄糖苷酶)、sdhC(琥珀酸脱氢酶)和exuT(己糖酸酯转运蛋白)进行基因敲除并验证其产酱香的功能。主要研究内容及取得结果如下:1.利用生物信息学分析绘制了bglH、sdhC和exuT与酱香风味相关的代谢通路。2.利用荧光定量PCR对45℃和37℃培养条件下的B.subtilis BJ3-2的bglH、sdhC和exuT 3个基因表达量进行验证,以16S rRNA作为内参基因,较BJ3-237℃而言,得出:bglH、sdhC和exuT在BJ3-2 45℃的差异倍数分别增加了3.48倍,3.47倍和3.42倍,均为上调基因,其表达变化趋势与转录组测序结果一致。3.分别构建bglH、sdhC和exuT同源重组双交换敲除载体(pUC18+HLarm+cm+HRarm)。以pUC18为初始载体,酶切BJ3-2基因组上扩增的HLarm和HRarm与cm(氯霉素基因)连接,转化E.coli DH5α,经菌落PCR、质粒PCR、双酶切和测序验证,分别获得了3个基因的同源重组敲除载体,化学转化法分别转化至BJ3-2,经革兰氏染色、菌落和质粒PCR验证、双酶切和测序验证,最终获得BJ3-2ΔbglH、BJ3-2ΔsdhC和BJ3-2ΔexuT敲除菌株。4.将BJ3-2ΔbglH、BJ3-2ΔsdhC和BJ3-2ΔexuT于45℃下发酵大豆。相对于原始菌株BJ3-2,感官评定得出:BJ3-2ΔbglH和BJ3-2ΔexuT发酵的豆豉酱香味增强、粘丝增多、色泽无明显变化;BJ3-2ΔsdhC发酵的豆豉酱香味增强、粘丝和色泽均无明显变化。GC-MS检测显示,BJ3-2ΔbglH、BJ3-2ΔexuT乙偶姻含量分别降低了7.939%和5.582%,BJ3-2ΔsdhC增加了25.015%;四甲基吡嗪的含量分别增加了3.004%、0.092%和3.908%。结果表明,bglH、exuT及sdhC均影响了酱香风味的生成,传统认为酱香与豆豉褐化程度呈正相关,但本研究发现酱香风味的强弱与豆豉褐化程度无相关性。综上所述,bglH、sdhC和exuT编码的酶都能影响酱香风味的生成,分别通过磷酸戊糖途径控制糖类转为丙酮酸、三羧酸循环控制草酰乙酸反应生成丙酮酸、糖酵解控制糖类及脂肪酸转为丙酮酸,进而影响酱香风味的生成。研究通过分析豆豉挥发性风味物质发现丙酮酸是产酱香风味的重要中间代谢物,而乙偶姻及四甲基吡嗪是影响酱香风味的关键物质。研究可为酱香风味产生机制研究奠定了一定的理论基础。
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