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植物乳杆菌LCC-605糖基转移酶基因调控纳米胞外多糖自组装作用机制研究

批准号:
32101916
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李程程
依托单位:
学科分类:
食品微生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李程程

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微生物天然产生的功能性自组装纳米胞外多糖(EPS)是生物医药、食品、生物化工等领域的研究热点,深入研究其高级结构形成的精准调控机制将进一步推进其实际应用。根据前期研究结果及文献报道,申请人发现糖基转移酶(GTF)能够影响植物乳杆菌自组装纳米EPS的合成,但尚缺乏实验证实。本项目以申请人前期获得的产自组装纳米EPS的植物乳杆菌LCC-605为研究对象,构建负向突变株。通过全基因组测序、生物信息学分析,筛选与自组装纳米EPS合成相关的关键GTF编码基因,分析其功能特性;进一步通过基因过表达、基因敲除、基因回补、转录组测序和RT-qPCR等实验阐明其与自组装纳米EPS合成的关系及精准调控机制。通过本项目的实施,将获得参与自组装纳米EPS合成的关键GTF编码基因并阐明其作用机制,为基因工程改造植物乳杆菌、设计多功能EPS,实现其工业化应用提供重要的理论依据。
英文摘要
Functional self-assembled nanoscale exopolysaccharides (EPS) naturally produced by microorganisms are becoming the current research hotspot in the fields of biomedicine, food, and biochemical industry. In-depth study of the precise control mechanism on its high-level structure will greatly advance its practical applications. According to the previous research results and literature reports, we found that glycosyltransferase (GTF) can affect the synthesis of self-assembled nanoscale EPS in Lactobacillus plantarum, which is still unverified by experiment. In this project, taking Lactobacillus plantarum LCC-605 that can produce the self-assembled nanoscale EPS as the research object, negative mutants are constructed. The whole-genome sequencing and bioinformatic analysis are carried out to select the differentially expressed GTF encoding genes and to investigate their functionalities. Furthermore, the relationship between the key GTF encoding genes and the biosynthesis of self-assembled nanoscale EPS and the regulation mechanism are identified through gene overexpression, gene knockout, gene complement, RNA-seq, and RT-qPCR. Through the implementation of this project, key GTF encoding genes involved in the synthesis of self-assembled nanoscale EPS will be obtained and the precise regulation mechanism will be clarified, providing an important theoretical basis for genetic engineering of Lactobacillus plantarum, designing multifunctional EPS, and realizing its industrial utilization.
微生物天然产生的功能性自组装纳米胞外多糖(EPS)是生物医药、食品、生物化工等领域的研究热点,深入研究其高级结构形成的精准调控机制将进一步推进其实际应用。本项目以申请人前期获得的产自组装纳米EPS的植物乳杆菌LCC-605为研究对象,构建正向突变株LCC-605-7。同时,从同一来源的传统发酵食品样本中筛选获得了不产纳米胞外多糖的植物乳杆菌230。以上述三株植物乳杆菌为研究对象,对菌株形貌和生理生化特性进行了研究。同时,提取了LCC-605和LCC-605-7所产的纳米胞外多糖,并对其结构进行表征,发现LCC-605-7所产的纳米胞外多糖的粒径为35 nm,小于LCC-605所产的纳米多糖的粒径。同时,LCC-605-7所产的纳米胞外多糖的分散性更好。随后,进行了全基因组测序,通过比较基因组分析,在LCC-605-7中共鉴定出1255个核心基因和232个菌株特异性基因;LCC-605中共鉴定出1255个核心基因和236个菌株特异性基因。在所比较的16个植物乳杆菌中,LCC-605和LCC-605-7的独特基因最多。其中,4个GTFs编码基因(LCC.605_GM003296、LCC.605_GM003297、LCC.605_GM003298、LCC.605_GM003299)属于位于质粒6上的菌株特异性基因,这4个基因也位于EPS生物合成基因簇cps2A的下游。进一步的,通过CAZy鉴定了LCC-605基因组共同编码了CAZy数据库中16个糖基转移酶(GTF)家族。17种蛋白质被注释为碳水化合物结合模块(CBMs),26种属于碳水化合物酯酶(CE),糖苷水解酶(GHs)和糖基转移酶(GTs)的蛋白质数量最多,分别为45和31种蛋白质,9种蛋白质属于辅助活性,即AAs家族。LCC-605-7的CAZy注释与LCC-605相同。最后,通过转录组学测试及生物信息学分析,筛选了28个可能与自组装纳米EPS合成相关的关键编码基因,包括NagE,FeoA,NtcA,HisG及Tra8等。这些发现为基因工程改造植物乳杆菌、设计多功能EPS,实现其工业化应用提供重要的理论依据。
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