一株耐盐碱乳酪短杆菌G20响应盐碱胁迫的差异代谢物分析

摘要

【目的】探究耐盐碱乳酪短杆菌G20响应盐碱胁迫的代谢物组成以及代谢物合成潜力,为潜在功能分子和盐碱诱导的快速稳定响应逻辑门基因线路的挖掘提供参考。【方法】利用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)检测乳酪短杆菌G20盐碱环境与正常环境下4个生长时期的代谢产物。着重对富含高差异变化倍数代谢物的适应期与指数期进行分析。【结果】乳酪短杆菌G20可以在pH 10.0、9%NaCl环境中正常生长,同时环境pH值会随菌株生长逐步下降。综合正负离子2种模式,乳酪短杆菌G20在盐碱环境下各生长时期间差异代谢物数量分别为正常环境的0.69、0.75和0.81倍。盐碱胁迫诱导下适应期与指数期差异代谢物主要为苯环型化合物、有机酸及其衍生物与有机杂环类化合物。其中上调的有机酸化合物吲哚-3-乙酸、犬尿酸和葡萄糖酸指数期质谱信号强度低于适应期。菌株中可能存在的渗透保护剂有L-瓜氨酸、L-脯氨酸、N-乙酰鸟氨酸和左旋肉碱等。适应期变化倍数较大或质谱信号强度较高的差异化合物有毛果芸香碱、植物鞘氨醇和柠檬酸等,指数期有组胺、L-脯氨酸和硫胺素等。菌株差异代谢通路集中在氨基酸代谢与碳水化合物代谢。菌株代谢物中存在甜菜碱和葫芦巴碱的结构类似物。此外受盐碱胁迫诱导变化幅度较大的代谢物如组胺、L-脯氨酸和胆碱等化合物,能够通过代谢组学与基因组学数据耦合,推测其合成与代谢通路。【结论】菌株会外泌吲哚-3-乙酸、犬尿酸和葡萄糖酸等有机酸化合物降低环境pH值,积累L-瓜氨酸和L-脯氨酸等渗透保护剂维持渗透压平衡。菌株可能具备合成甜菜碱、葫芦巴碱和毛果芸香碱结构类似物的能力,为以原核细菌为底盘构建新的合成路径提供了可能。菌株中组胺、L-脯氨酸和胆碱等化合物合成与代谢通路中酶的编码基因及上下游元件序列,可以为受盐碱理化因子诱导的逻辑门基因菌为底盘构建新的合成路径提供了可能。菌株中组胺、L-脯氨酸和胆碱等化合物合成与代谢通路上酶的编码基因及上下游元件序列,可以为受盐碱理化因子诱导的逻辑门基因线路的梳理提供参考。