酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制研究

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我国是葡萄酒消费和生产大国,但葡萄酒行业所使用的苹果酸-乳酸发酵剂主要依赖进口,目前没有我国自主知识产权的葡萄酒乳酸菌发酵剂。酒酒球菌SD-2a是一株分离自山东烟台地区自然MLF葡萄酒中的具有优良特性的菌株,已获得国家专利保护(专利号:ZL02123444.2)。深入研究酒酒球菌SD-2a的胁迫诱导抗冷冻干燥机制,开发拥有我国自主知识产权的葡萄酒乳酸菌发酵剂,具有重要的理论和实践意义。本文以酒酒球菌SD-2a为研究对象,通过对酒酒球菌不同胁迫处理进行研究,评价菌体胁迫适应性反应能否有效的应用于冷冻干燥发酵剂的制备。研究建立酒酒球菌膜脂肪酸甲酯化方法,分析膜脂肪酸与抗冷冻干燥特性的相关性,从膜脂肪酸水平探讨酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制。通过优化双向电泳条件,构建酒酒球菌高质量的双向电泳图谱,利用蛋白质组学方法与技术,比较酒酒球菌不同胁迫诱导条件下蛋白质差异表达图谱,利用质谱和生物信息学技术对其中差异表达蛋白质进行鉴定、功能分类和代谢途径分析等,从蛋白质组学水平探讨酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制。克隆和分析与酒酒球菌抗冷冻干燥特性相关蛋白或酶的基因,通过一系列生物信息学分析,系统探讨酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制。取得的主要研究结果如下:1.菌体不同生长期、冻干保护剂和复水剂是影响酒酒球菌冻干存活率的重要因素。与对数期菌体相比,稳定前期菌体具有较高的冻干存活率;分别以2.5%谷氨酸钠作为冻干保护剂和ATB液体培养基作为复水剂时,获得了最高的冻干存活率(69.5%)。2.菌体经适当的胁迫处理后均能不同程度的提高酒酒球菌冻干存活率,其冻干粉接种模拟酒培养基后也具有明显的降酸效果。特别是pH3.5和8%乙醇胁迫处理,其冻干存活率分别为80.5%和82%,与对照相比,分别提高了17.7%和19.2%;其冻干粉在模拟酒培养基中的降酸均在8天内完成,与对照相比,平均降酸效果分别提高了28%和29%。3.从GC/MS图谱、脂肪酸种类与相对含量、方法学考察对五种甲酯化方法进行比较分析,方法2(先提脂肪酸后用甲醇钠甲酯化法)和方法4(甲醇钠一步甲酯化法)均可以得到良好的脂肪酸检出效果。方法2检测准确、完整,但费时费力,而方法4检测快速,但完整性稍差。4.酒酒球菌经不同胁迫处理后,膜脂肪酸的变化主要体现在U/Scyc比例、环丙烷脂肪酸C19cyc11相对含量和不饱和脂肪酸C18:lcis11相对含量上。相关性分析表明,在所有胁迫处理下,C19cyc11与C18:lcis11相对含量具有显著负相关性;在菌体自我酸胁迫、冷胁迫和酸胁迫处理下,冻干存活率与C19cyc11相对含量均具有显著正相关性;在乙醇胁迫处理下,冻干存活率与C19cyc11相对含量、U/Scyc比例均具有较高的相关系数,但不存在显著相关性;各主要膜脂肪酸与降酸效果不存在显著相关性,只有在乙醇胁迫条件下,C14:0与降酸效果(MA)存在显著相关性。5.从不同细胞破碎方法、不同蛋白裂解液、不同IPG胶条、不同蛋白上样量等方面优化酒酒球菌全蛋白双向电泳条件。利用超声波法破碎菌体,尿素-硫脲裂解液提取蛋白,苯酚/氯仿/异戊醇法纯化蛋白,蛋白上样量为400μg,在pI5-8胶条上聚焦时,获得高质量酒酒球菌全蛋白参考双向电泳图谱。6.利用优化的双向电泳条件分别构建酒酒球菌不同生长期、不同酸胁迫和不同乙醇胁迫条件下全蛋白双向电泳图谱,经质谱鉴定技术和生物信息学分析,推断热休克蛋白Hsp20为酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制中关键性蛋白。7.成功克隆环丙烷脂肪酸合酶基因(cfa)和热休克蛋白基因(hsp),并对基因编码的氨基酸序列进行生物信息学分析,结合前期膜脂肪酸分析和蛋白质组学研究,推断环丙烷脂肪酸C19cyc11在酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制中起到积极作用,而热休克蛋白Hsp20可能是酒酒球菌胁迫诱导抗冷冻干燥机制中关键性蛋白,起重要作用。
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