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我院刘蕾副教授、饶瑜教授团队:泡菜发酵腐败全过程中细菌群体感应信号分子的检测与鉴定

作者:发布:2022-09-20点击量:64

2022年8月,西华大学食品与生物工程学院刘蕾副教授、饶瑜教授团队在国际期刊International Journal of Food Microbiology(Q1,IF: 5.911)发表题为“Isolation and characterization of bacteria that produce quorum sensing molecules during the fermentation and deterioration of pickles”的研究性论文。获国家自然科学基金(32001663)资助。

泡菜是中国典型的传统发酵蔬菜,它具有复杂的微生物菌群。在整个发酵和腐败过程中微生物菌群相互作用与交流。本研究调查了泡菜在发酵第4 d、31 d和79 d的一般特性和微生物多样性的变化,利用生物传感器菌株对这些关键时间点分离的不同菌株的QS信号活性进行了筛选,并用UHPLC/QTOF-MS/MS进一步鉴定了信号分子的类型。在发酵4d时,乳杆菌属为优势菌属,并主要鉴定出植物乳杆菌具有产AI-2的能力。31 d时,优势菌属依然是乳杆菌属,但片球菌属的相对丰度明显增加。在这个时间点,除植物乳杆菌具备产生AI-2外,紧随其后还有短乳杆菌、片球菌、肠杆菌和芽孢杆菌。第79 d时,泡菜腐败,肠杆菌属取代乳杆菌属成为优势菌属,而产AI-2的细菌经鉴定有植物乳杆菌、肠杆菌属、芽胞杆菌属、克雷伯氏菌属和葡萄球菌属。值得注意,AHL仅存在于第79 d盐卤中分离的肠杆菌中,并被鉴定为C4-HSL和C6-HSL。另外,我们利用植物乳杆菌luxS引物,从3个时间点的盐卤中提取总RNA,通过cDNA逆转录的方法扩增出了luxS基因,使用肺炎克雷伯菌和蜡状芽孢杆菌相关的引物,只在第79 d的盐卤样本的RNA中扩增出与AHL相关的基因。本研究为泡菜发酵和腐败过程中的QS提供了理论参考。

研究亮点

  • 泡菜的挥发性气味在发酵的第4 d,31 d和79 d被明显区分。

  • 发酵体系中丰度排名前三的微生物菌属包括乳杆菌属、肠杆菌属和片球菌属。

  • 泡菜发酵过程中细菌主要以AI-2进行交流,尤其是植物乳杆菌。

  • 在泡菜腐败过程中,肠杆菌通过AI-2和AHLs进行交流。

  • 使用UHPLC/QTOF-MS/MS鉴定出肠杆菌产生C4-HSL和C6-HSL两种AHLs。


研究结论

  • 在泡菜发酵和腐败过程中,0 d至4 d pH值降至最低,4 d至31 d pH值保持在3.50以下,随后由于LAB代谢使用有机酸作为营养来源和腐败菌生长,79 d pH值增加至6.14。

  • 泡菜在4 d、31 d和79 d的膜醭形态、挥发性气味和细菌菌群组成之间存在明显差异。

  • 在4d时,乳杆菌属代表主要属;在31 d时,乳杆菌属也占主导地位,伴随着片球菌属相对丰度的明显增加;在79d时,肠杆菌属是优势微生物。

  • 在3个关键时间点分离的大多数具有AI-2生产能力的细菌被鉴定为LAB。此外,仅在从79 d盐水中分离出的肠杆菌中检测到AHL活性,而AHL信号分子被鉴定为C4-HSL和C6-HSL。

  • 在3个关键时间点提取的总RNA中均能扩增出植物乳杆菌的luxS基因,表明植物乳杆菌在整个发酵和腐败过程中都能产生AI-2。与AHL相关的基因仅在79d的盐水样品中成功扩增,表明AHL相关基因在泡菜腐败阶段表达。


图文赏析

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图1 4 d、31 d和79 d泡菜的pH值变化(A)、膜醭形态变化(B)、细菌计数(C)、电子鼻挥发性气味负载散点图(D)、LDA图(E)和PCA图(F)。

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图2 在4 d、31 d和79 d的泡菜微生物多样性组成PCA图(A)、属水平的细菌多样性变化群落柱形图(B)和属水平的细菌群落与样本的Circos关系图(C)。

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图3 泡菜样品中细菌群落在4 d、31 d和79 d的PICRUSt2功能预测图。基于京都基因和基因组百科全书(KEGG)数据库对预测的途径进行分析。

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图4 标准C4-HSL(A)和在1号菌株提取物中的C4-HSL(B)的质谱图(XIC、MS和MS/MS),以及标准C6-HSL(C)和在1号菌株提取物中的C6-HSL(D)的质谱图(XIC、MS和MS/MS)。

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刘 蕾

刘 蕾,西华大学食品与生物工程学院,副教授,硕士生导师。主要从事食品微生物资源挖掘与利用等方面的教学与科研工作,主持国家自然科学基金、教育部春晖计划等项目。发表SCI收录论文20余篇。担任各类项目同行评议专家,LWT - Food Science and Technology、Frontiers in Nutrition、食品科学等期刊审稿专家。

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陶雨飞

陶雨飞,西华大学食品与生物工程学院2018级硕士研究生。硕士研究方向为泡菜发酵食品中微生物群落与风味特征的相关性和微生物群体感应等相关研究。硕士期间,共参与4篇1区SCI论文发表,其中学生1作3篇,参加科研项目3项,获得研究生二等学业奖学金1次。

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饶 瑜

饶 瑜(通讯作者),博士,西华大学食品与生物工程学院教授。四川省海外高层次留学人才,唐立新教学名师。2018-2019年美国马萨诸塞大学阿默斯特分校访问学者。主要从事果蔬发酵原理与技术、果蔬加工中的微生物风险易染特点与机制研究。主持和参与的科研项目20余项,包括国家自然科学基金、省应用基础、省科技支撑等项目。发表SCI收录论文20余篇,授权发明专利3项。编写教材4部,省级一流课程负责人。获省级科技进步三等奖1项、市级科技进步三等奖各1项,完成省级成果鉴定3项。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2022.109869


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