摘要：【背景】植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)廣泛存在于植物、乳制品、肉制品、哺乳動物和昆蟲的腸道等多種生態環境中?！灸康摹刻骄坎煌蛛x源L.plantarum基因組與其所在環境是否存在潛在的聯系?！痉椒ā坷帽容^基因組學對126株分離自植物、乳制品、肉制品、果蠅及哺乳動物腸道和口腔等部位的L.plantarum菌株基因組進行系統發育分析和功能基因組分析，解析不同分離源菌株間的親緣關系和進化歷程?！窘Y果】果蠅分離株的基因組大小顯著高于植物、哺乳動物腸道、肉制品和乳制品分離株(P0.05)?；趩慰截惢虼摵秃诵幕蛳到y發育樹分析均發現，果蠅分離株和乳制品分離株分別集中聚集分布在某一分支中，其余分離源均勻分布在各個分支中。附屬基因分析結果與系統發育樹分析結果一致。功能基因注釋結果發現，果蠅分離株的環境特異性基因參與低聚果糖和幾丁質代謝，乳制品分離株的環境特異性基因參與mazEF毒素-抗毒素系統和CRISPR系統。【結論】植物乳桿菌分離株為適應較為獨特的果蠅和乳制品生境而發生了適應性進化。本研究為植物乳桿菌適應性進化提供了新見解，同時為解析菌株的進化歷程提供了理論基礎。

　　關鍵詞：植物乳桿菌，分離源，群體基因組

　　植物乳桿菌是一種兼性異型發酵的乳酸菌，廣泛存在于植物、乳制品、肉制品和胃腸道等多種生態環境中[1]，具有維持腸道內菌群平衡、降膽固醇、降血脂和促進機體生長等多種益生功效，應用于食品工業及醫療保健等多個領域[2-5]。植物乳桿菌具有較高的經濟價值，解析其基因組特征有助于在生產工業中的應用。

　　1材料與方法

　　1.1實驗菌株

　　測定的2株菌來自內蒙古農業大學乳酸菌菌種資源庫(Lacticacidbacteriacollectioncenter，LABCC)，分別為分離自蒙古前杭蓋海爾汗蘇木酸駝奶中的IMAU20970和分離自甘肅甘南州瑪曲縣阿尼瑪鄉酸牦牛奶中的IMAU80873。124株菌株基因組均下載自NCBI的GenBank數據庫(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/)，它們具有明確的分離源，測序質量較好，菌株具體菌株信息如表1所示。

　　126株菌按分離源劃分為6組，其中39株為植物分離株，9株為果蠅分離株，22株為哺乳動物腸道分離株，9株為哺乳動物口腔等部位分離株，18株為肉制品分離株，29株為乳制品分離株。

　　1.2主要試劑和儀器

　　基因組DNA提取試劑盒，北京天根生化科技有限公司；MRS培養基，Oxoid公司。電熱恒溫培養箱，北京一恒科技有限公司；超微量紫外分光光度計，NanoDrop公司。

　　1.3菌株培養與基因組

　　DNA的提取將凍干菌粉取適量接種于5mLMRS液體培養基中，在37°C下靜置培養24h，按2%接種量接種于5mL液體MRS培養基中，繼代培養3代，3000r/min離心10min收集菌體。采用基因組DNA提取試劑盒提取基因組DNA，操作步驟按照試劑盒說明書進行，使用超微量紫外分光光度計檢驗DNA樣品的純度和質量。

　　1.4基因組測序和組裝

　　基因組DNA提取后進行質量鑒定，在濃度和純度達到測序要求后由上海美吉生物醫藥科技有限公司進行全基因組測序。采用IlluminaHiSeq4000測序平臺完成全基因組測序，參照文獻[13]構建文庫，每株菌分別構建PE150的文庫。將獲取的原始數據進行質量評估，經過低質量Reads的過濾、去除接頭和引物后，獲得高質量的Reads序列，然后運用軟件SOAPdenovoV1.06[14]對高質量的Reads進行拼接，采用GapCloser[15]軟件對內部的Gap進行填充和單個堿基的矯正，最終完成基因組的組裝。

　　2結果與討論

　　2.1基因組基本特征分析

　　測定的菌株IMAU20970組裝后得到251個Scaffolds，基因組長度為3341.7kb，編碼3184個基因，(G+C)mol%含量為44.7%；IMAU80873組裝后得到157個Scaffolds，基因組長度為3193.8kb，編碼3072個基因，(G+C)mol%含量為44.5%。兩株菌的基因組大小和編碼基因數量與其他乳制品分離株基本一致。126株植物乳桿菌的平均基因組大小為3284.3±125.6kb，平均編碼基因數量為3017.8±148.3個，平均(G+C)mol%為44.5%±0.2%。通過比較不同分離源基因組大小和編碼基因數量發現(圖1)，果蠅分離株的基因組大小顯著高于植物、哺乳動物腸道、肉制品和乳制品分離株(P0.05)。植物乳桿菌生長環境的高度多樣性被認為與其擁有較大基因組有關[21]。較大的基因組可能編碼更多參與代謝和脅迫耐受能力的基因，使其具有較強的環境適應能力[22-23]。果蠅作為昆蟲類動物，其飲食結構和所在的生存環境可能與其他分離源不同，果蠅分離株具有較大的基因組和較多的編碼基因可能是為了適應果蠅這種獨特的宿主環境而發生了適應性進化。

　　2.2基因組單拷貝基因串聯和核心基因系統發育比較分析

　　基于138個單拷貝基因串聯系統發育樹結果如圖2所示，系統發育樹共分為三大分支，分別為A、B和C分支。分支A中包括18株乳制品分離株(占乳制品分離株的62.1%)，本實驗測定的2株乳制品分離株均分布在該分支中，16株植物分離株(占植物分離株的41%)，1株果蠅分離株，其余菌株分離自肉制品、哺乳動物腸道和哺乳動物口腔等部位；分支B包括6株果蠅分離株(占果蠅分離株的66.7%)，17株植物分離株(占植物分離株的43.6%)，11株肉制品分離株(占肉制品分離株的61.1%)，4株乳制品分離株，其余菌株分離自哺乳動物腸道和哺乳動物口腔等部位；分支C包括7株乳制品分離株，2株果蠅分離株，其余不同分離源的菌株混合分布在該分支中。

　　3結論

　　本研究對來自不同分離源的126株植物乳桿菌的全基因組序列進行了比較基因組學分析。結果發現，果蠅分離株基因組大小和基因數量顯著高于植物、肉制品、乳制品、哺乳動物腸道和其他部位分離源。基于單拷貝基因串聯和核心基因系統發育樹分析均發現，果蠅和乳制品分離株分別集中分布在某一分支中，其余分離源均勻分布在系統發育樹各個分支中。附屬基因分析結果與系統發育樹分析結果一致。功能基因注釋結果發現，果蠅分離株的環境特異性基因參與低聚果糖和幾丁質代謝，乳制品分離株的環境特異性基因參與mazEF毒素-抗毒素系統和CRISPR系統。本研究發現果蠅和乳制品分離株存在環境特異性，而其他分離源菌株沒有呈現明顯的環境特異性。果蠅和乳制品的環境與其他分離源相比可能較為獨特，果蠅和乳制品分離株可能為了適應自身的生長環境發生了適應性進化。本研究結果為了解植物乳桿菌的進化歷程提供了參考。

　　REFERENCES

　　[1]SiezenRJ,vanHylckamaVliegJET.GenomicdiversityandversatilityofLactobacillusplantarum,anaturalmetabolicengineer[J].MicrobialCellFactories,2011,10Suppl1:S3

　　[2]ZengD,TangYR,NiXQ,etal.StudyontheeffectsofLactobacillusplantarumF22onliverandintestinalmicroflora[J].ActaNutrimentaSinica,2010,32(4):370-374(inChinese)曾東,唐雨蕊,倪學勤,等.植物乳桿菌F22對肝臟和腸道微生物菌群的影響研究[J].營養學報,2010,32(4):370-374

　　[3]ConnellyP.Lactobacillusplantarum-aliteraturereviewoftherapeuticbenefits[J].JournaloftheAustralianTraditional-MedicineSociety,2008,14(2):79-82

　　[4]BaoY,WangZL,ZhangY,etal.EffectofLactobacillusplantarumP-8onlipidmetabolisminhyperlipidemicratmodel[J].EuropeanJournalofLipidScienceandTechnology,2012,114(11):1230-1236

　　[5]GaoPF,MaC,SunZ,etal.Feed-additiveprobioticsaccelerateyetantibioticsdelayintestinalmicrobiotamaturationinbroilerchicken[J].Microbiome,2017,5:91

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