泡菜是一类历史悠久、风味独特的传统乳酸菌发酵食品。其制作工艺可追溯到2000余年前,《诗经·小雅·信南山》就记载着“中田有庐,疆场有瓜,是剥是菹,献之皇祖”,其中的“菹”就是泡菜的古称。泡菜以其酸鲜可口、脆嫩清爽、解腻开胃、调节肠道微生态平衡等特点为世人津津乐道,吸引着国内外众多消费者。目前,泡菜作为我国传统发酵食品的典型代表,相关的研究仅集中在发酵菌种的分离和筛选、以及工艺研究等领域,对其发酵菌种基因组进行系统分析的研究却鲜有报道。植物乳杆菌NCU116是一株分离自我国传统泡菜的典型优势菌株,导师课题组近十余年的研究表明,该菌株不仅发酵性能优异,并且具有调节肠道、缓解便秘、调节血糖和胆固醇等多种益生功能。本文首次对我国传统发酵泡菜来源的乳酸菌——植物乳杆菌NCU116进行了全基因组测序,并通过比较基因组学技术和方法对其基因组进行了深入的信息挖掘,系统解析了其基因组成、代谢特点、发酵特性及其益生功能等相关基因的信息,对提升我国具有自主知识产权菌种的理论研究水平、保护和弘扬我国传统发酵食品有重要示范意义。主要研究结果如下:1.NCU116全基因组包含1个环状染色体(3,245,809 bp)、1个小型质粒(48,567bp)和2个大型质粒(48,567bp和48,695 bp)。全基因组中共有3,252个编码基因,其中67个tRNA、16个rRNA;2.综合运用NR、SwissProt、COG、GO和KEGG等数据库对NCU116全基因组进行功能注释,发现其基因组中编码的膜运输和碳水化合物代谢相关的功能基因丰度非常高,表明其具有非常强的代谢潜力;并通过PHI-base、VFDB等数据检索NCU116基因组中的潜在致病或毒力基因,结果表明其基因组中不含毒力基因,从基因的层面证明了 NCU116是一株安全可靠的发酵菌种;3.NCU116基因组中编码了糖酵解、戊糖磷酸途径、丙酮酸等多种碳水化合物代谢通路相关的关键酶系,其中包含丰富的丙酮酸去路和多拷贝的乳酸脱氢酶ldh,表明其具有非常强的碳水化合物代谢潜力,并且具有高效合成乳酸的潜力,与其发酵性能好、产酸能力强有直接关联;4.NCU116基因组中编码了多个与寡/聚糖水解相关的糖苷水解酶,具备水解以α/β-糖苷键连接的较高聚合度糖的能力,并且其中有12个属于GH13家族淀粉水解酶,这些水解酶是其高效利用植物组织中淀粉和多糖的基因基础,也是其适应植物基底物发酵的重要依据;5.NCU116基因组编码了相对完整的氨基酸和蛋白质代谢相关通路,表明其具备发酵蛋白含量较高底物的潜力;另外,基因组中也因缺失asdA脱羧酶等相关酶而使得丙氨酸和精氨酸的代谢途径不完整,丙氨酸可能是其生长所需的必需氨基酸;6.NCU116基因组中发现了1个gadB谷氨酸脱羧酶、2个双功能gshF谷胱甘肽合酶,表明其具备合成γ-氨基丁酸(GABA)和谷胱甘肽(GSH)的潜力,并且基因组中还发现5个gor还原酶,可将氧化态的GSSG还原为还原态的GSH来应对氧化应激,这与其在体内可发挥抗氧化作用、缓解器官氧化应激损伤的功能一致;另外,还在基因组中发现了与其耐受胆盐和降胆固醇功能相关的4个胆盐水解酶(bsh);7.对NUC116完成了编码基因的重注释,通过基于全基因组的系统进化和共线性分析确认了其进化地位,并与不同来源的乳杆菌进行全基因组比较分析,获得了其171个特有基因,并从进化的角度分析了其应对泡菜发酵环境的适应性进化机制,包括以基因水平转移的方式获得外源功能基因,并通过前噬菌体元件和限制/修饰系统来免疫外源移动元件的入侵;8.依据不同乳杆菌的功能基因重构了关键代谢通路,发现NCU116编码了最多的碳水化合物代谢相关基因和酶,表明其更适合植物基底物的发酵,并且,在其基因组中还发现一个Ⅱ-b型植物乳杆菌素合成簇,是其在复杂泡菜体系中发挥群体反应的基因基础;9.在NCU116基因组中发现了 4种胞外蛋白分泌途径和345个潜在胞外蛋白编码基因,并通过锚定位点和功能等对其进行了系统分类,构建了其胞外分泌蛋白功能基因库;其中45个为锚定在细胞膜表面的水解酶,包括11个GH13家族淀粉酶,对其综合利用胞外营养物质,尤其是植物组织中的寡/聚糖有重要作用,也是其适应植物基底物发酵的重要原因之一;其中17个潜在黏附蛋白,为其在机体内定殖并发挥益生功效提供理论依据;另外,在基因组中发现了胞外多糖EPS116的合成簇EPS116c1-4,并发现了其特异性的EPS116c1基因簇,也是NCU116与其他植物乳杆菌胞外多糖不同的理论依据。