随着消费者健康观念的增强,以酸奶为代表的发酵乳制品越来越受到欢迎,截至2018年底,我国酸奶市场销售额就已经突破1400亿人民币。作为最重要的乳制品发酵菌株之一,嗜热链球菌的市场需求量也随之不断增长。在工业化发酵剂制备过程中,高密度培养基各营养成分的设计是获得最优生物量的关键。嗜热链球菌是营养缺陷型菌株,对培养基中各营养成分的需求极为苛刻,特别是碳源、氮源和核酸三个主要成分。在发酵过程,对这三个组分的代谢机制的研究是优化嗜热链球菌高密度培养基的组分和发酵参数的关键,而关于这部分的研究也正是目前所缺乏的。本研究以嗜热链球菌为研究对象,对其在化学合成培养基中进行增殖培养。通过高通量测序技术,获得在各生长时期转录水平表达的基因和在非编码RNA水平表达的sRNA,从而阐明在各生长时期菌株体内关键代谢路径基因表达情况及sRNA潜在的调控机制。本研究通过转录组学测序,共获得1937个基因,并进行功能(GO)注释和代谢路径(KEGG)注释。基于基因在每个样本中表达量的差异,筛选出在每个生长时期发生差异表达的基因,并进行功能富集和代谢路径富集分析。本研究重点对发酵过程中核酸代谢、碳代谢、氨基酸代谢全局转录情况进行评估。在核酸代谢中,嘌呤从头合成途径主要发生在对数期,其中pur操纵子在对数前期表达上调超过5倍,在对数末期表达量下调约2倍。然而嘧啶从头合成路径在整个生长时期反应活性都处于低表达的状态,但是在稳定期,pyr操纵子的表达轻微上调。在碳代谢过程中,半乳糖代谢主要发生在对数期,两个关键基因lacS和lacZ在对数前期表达上调1.2倍,在对数末期的表达上调3倍;然而在迟滞期,半乳糖代谢受到抑制,两个基因的表达均下调超过1倍;此外,编码半乳糖激酶的galk在整个生长时期均高度表达,特别是在迟滞期和对数期,表明Streptococcus thermophilus MN-ZLW-002可能具有代谢半乳糖的能力。糖酵解作为发酵过程中重要的供能途径,迟滞期为糖酵解最为活跃的时期,该途径的关键基因glk、pyk、pgk上调均超过5倍。在对数期和稳定期,该路径中的基因表达均发生不同程度的下调。丙酮酸作为糖酵解的产物,结果表明丙酮酸被还原成乙酸的反应主要发生在迟滞期和对数前期,催化该反应的ldh在两个时期表达量分别上调1.6倍和0.2倍。丙酮酸转变乙酰辅酶A的反应主要在对数末期发生,催化该反应的pbh BCD在对数末期表达均上调1.9倍。脂肪酸代谢主要发生在迟滞期和对数前期,此过程中的限速基因accB在迟滞期表达上调2.9倍,在对数前期表达量未发生变化,然而在对数末期和稳定期表达呈现下调趋势。在氨基酸代谢路径中,差异表达的基因主要富集在谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸代谢路径中,并且在不同生长时期,这些氨基酸的代谢也表现出差异。迟滞期是氨基酸代谢最为活跃的时期,几乎所有发生差异变化的基因均上调;在对数期,主要发生的反应为天冬氨酸转变为延胡索酸和草酰乙酸,谷氨酸转化成琥珀酸、6-磷酸葡萄糖、5-磷酸核糖胺和氨基甲酰磷酸酯,丝氨酸转化为丙酮酸和色氨酸,甲硫氨酸转化为N-甲酰-L-甲硫氨酸,精氨酸酸脱亚胺酶路径(ADI);在稳定期主要发生的反应有谷氨酸生成6-磷酸葡萄糖,丝氨酸转化为丙酮酸,支链氨基酸代谢路径中二氢硫辛酰胺-E转化为硫辛酰胺-E。通过small RNA测序,共获得530个sRNA序列,其中135个来自基因间区,198个来自于反义链,197个来自于非翻译区。通过IntaRNA对sRNA的靶基因进行预测,390个靶基因被富集到99个代谢路径中。对sRNA差异表达情况分析表明,分别有238、83、194和139个sRNA在各生长时期发生显著性变化。对来自各生长时期的14个变化最显著的sRNA进一步分析,结果表明这些潜在的靶基因被富集的主要代谢途径涉及碳代谢,氨基酸生物合成,ABC转运蛋白,氨基糖和核苷酸糖的代谢,嘌呤代谢和磷酸转移酶系统。结合转录组学数据中这些靶基因的表达情况对上述sRNA潜在的调控机制进行了初步分析。在迟滞期发生差异表达的sRNA对潜在的靶基因具有正向调控的作用;在对数前期,一些sRNA可能扮演着管家基因的角色,通过对靶基因负向调控,从而控制胞内代谢流速;在对数末期,发生差异表达的sRNA对靶基因负向调节,通脱抑制菌株内代谢活性,保证菌株在复杂的生长环境中能稳定生存;在稳定期,6S RNA通过对嘧啶代谢的正向调节,起到维持细胞稳态的作用。