2023-12-18
《AMB Express》
影响因子：3.7
动物营养与饲料科学重点实验室在国际著名期刊《AMB Express》发表最新研究成果！本研究分析了菌株SR14特性，发现该菌能够生物合成硒纳米粒子，可以改善肠道抗氧化功能，采用全基因组测序方法证明了SR14的基因组特征，并初步确定葡萄糖补充对菌株生长和SeNPs合成最有利。 本研究的测序和部分分析由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
一、研究背景 多项研究表明生物SeNPs具有抗菌、抗氧化、抗癌和促进激素分泌的特征。近年来，产生SeNPs的微生物越来越受到关注。芽孢杆菌具有较强的环境适应性和益生元功能，已成为合成SeNPs的合适生物反应器。菌株SR14具有良好的亚硒酸盐抗性和SeNPs生产能力。本研究旨在通过全基因组测序分析，探索SR14亚硒酸盐还原和糖利用的相关基因。
二、研究材料与方法 1、实验材料 B. paralicheniformis SR14 2、测序平台 Illumina NavoSeq+Nanopore 3、分析内容 基因组组装+注释、RT-PCR、亚硒酸盐还原反应等。
三、研究结果 结果1：SR14全基因组测序和组装 为了深入了解SR14还原亚硒酸盐的机制，本研究使用二代Illumina和三代ONT测序平台进行全基因组测序，组装出该菌的全基因组序列，总长4,448,064bp，环状、GC含量45.95%、预测出4560个功能基因、81个tRNA、24个rRNA、其他类型ncRNA共105个。 图1 SR14基因组圈图 结果2：菌株SR14的糖利用和亚硒酸盐还原特性分析 KEGG注释结果共包含4300个基因和49个生物途径，其中432个基因被归类为碳水化合物代谢基因，149个基因被分类为能量代谢基因。SR14基因组中有179个与糖代谢相关的基因，其中47个与麦芽糖代谢相关，69个与果糖代谢相关，60个与蔗糖代谢相关，3个与麦芽糖浆代谢相关。随后，选择葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖进行生长因子和亚硒酸盐还原实验。此外，共有8个可能在硒复合代谢过程中发挥作用的基因，如EC:66.1.1.10（甲氧基tRNA合成酶）和EC:1.8.1.9（TrxR），被进一步筛选。 图2 KEGG注释统计图 图3 硒复合代谢潜在途径 结果3：SR14在不同补糖条件下的生长特性和亚硒酸盐还原能力 随着亚硒酸钠的加入，SR14的菌落变红，表明SR14表现出亚硒酸盐耐受性和元素硒的还原能力。在5 mg/L亚硒酸钠存在下培养后，不同组的肉汤颜色均变为红色。测定了不同种类的糖对SR14生长的影响，结果表明补充糖促进了SR14的生长，葡萄糖是最佳选择。ICP-MS分析表明，在Glu组和Suc组中，亚硒酸钠分别在接种后60小时和72小时完全减少。然而，即使在发酵72小时后，其他组的肉汤中仍有残留的亚硒酸钠（NC组93%；Con组59%；Mal组53%；Fru组36%）。 图4 菌SR14的生长和亚硒酸盐还原分析 结果4：不同糖补充条件下选择的基因mRMA丰度分析 为了验证基因组测序结果中亚硒酸还原基因的相关表达，评估了亚硒酸还原酶的mRNA丰度，包括TrxR、富马酸还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶。补充葡萄糖可使TrxR、富马酸还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达显著上调153.9倍、20.2倍和10.7倍。此外，补充蔗糖可使TrxR的表达上调70.7倍（P<0.00001）。 与其他三组相比，在补充葡萄糖的情况下，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的mRNA表达显著上调（79.3倍）。同时，补充葡萄糖显著增加了果糖激酶的mRNA表达。然而，四种糖补充剂均未显著影响麦芽糖-6′-磷酸葡萄糖苷酶的表达。 图5 菌SR14中与亚硒酸还原反应相关基因的表达量分析 图6 菌SR14中相关糖代谢基因的表达量分析
四、研究结论
1.利用全基因组测序技术揭示了SR14在亚硒酸盐还原和糖利用方面的遗传特征； 2.补充葡萄糖对SR14生长和亚硒酸盐还原的促进作用最好，且效果优于补充蔗糖、果糖或麦芽糖； 3.EC:1.1.1.49（葡萄糖-6-磷酸1-脱氢酶）和EC:2.7.1.4（果糖激酶）可能与SR14的代谢过程有关； 4.补充葡萄糖时，SR14可能依赖多种酶，如硫氧还蛋白、富马酸还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶来还原亚硒酸盐。
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文章索引：Wang, F.Q.,Gong, T., Du, M., et al. (2023).Whole genome sequencing and analysis of selenite-reducing bacteria Bacillus paralicheniformis SR14 in response to diferent sugar supplements[J].AMB Express. doi.org/10.1186/s13568-023-01598-9.
