江南大學(xué)徐巖教授團(tuán)隊(duì)在Microbiology Spectrum發(fā)表白酒微生物菌群組裝和代謝的研究成果

　　近期，江南大學(xué)生物工程學(xué)院徐巖教授團(tuán)隊(duì)在白酒釀造過程中微生物菌群組裝機(jī)制及代謝方面取得新進(jìn)展，研究結(jié)果“Amino acids drive the deterministic assembly process of fungal community and affect the flavor metabolites inBaijiufermentation”正式發(fā)表于Microbiology Spectrum（中科院1區(qū)，TOP期刊，IF= 9.043）。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1128/spectrum.02640-22

 

　　傳統(tǒng)發(fā)酵食品采用自然接種的微生物經(jīng)過酶促轉(zhuǎn)化和底物發(fā)酵生產(chǎn)，微生物群落的組成和代謝活性決定了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。近年來，高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展使得我們對各種發(fā)酵系統(tǒng)中復(fù)雜微生物群落的組成和動態(tài)演替有了比較清晰的認(rèn)識。然而，微生物群落響應(yīng)周圍環(huán)境各種波動的組裝模式仍然不清楚。大多數(shù)發(fā)酵食品都是以谷物為原料生產(chǎn)的，原料的類型和水解程度使得發(fā)酵系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)的含量和組成存在顯著差異，繼而影響微生物的生長和代謝。因此，營養(yǎng)波動是影響發(fā)酵微生物群落組裝的最關(guān)鍵因素之一。揭示營養(yǎng)物質(zhì)波動如何影響微生物群落的組裝和代謝，不僅可以了解微生物群落在發(fā)酵系統(tǒng)中形成和組裝背后的生態(tài)機(jī)制，還可以為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)提供合理的調(diào)控策略。

 

　　針對這一問題，此研究以醬香型白酒發(fā)酵為研究模型，通過多組學(xué)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)生態(tài)學(xué)和可培養(yǎng)手段解析了釀造過程中氨基酸波動對微生物群落組裝和代謝的影響。首先，本研究選擇了氨基酸含量存在顯著差異的兩個發(fā)酵班組，解析了發(fā)酵過程中微生物菌群變化規(guī)律及組裝過程。研究發(fā)現(xiàn)醬香型白酒發(fā)酵過程中細(xì)菌的組裝是隨機(jī)性的，而真菌組裝是確定性的過程。氨基酸對真菌群落組裝的貢獻(xiàn)最大（37.64%），尤其是與酵母菌群的組裝顯著相關(guān)。進(jìn)一步地，通過相關(guān)性分析和可培養(yǎng)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)特定的功能氨基酸絲氨酸可以促進(jìn)功能酵母拜爾接合酵母（Zygosaccharomyces bailii）在乳酸脅迫下的生長與代謝。其次，通過測定發(fā)酵過程中的風(fēng)味化合物和代謝基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)氨基酸顯著影響了風(fēng)味化合物的生成，纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸參與了異戊醇、異丁醇、苯乙醇及相關(guān)乙酯的代謝，進(jìn)而造成了兩個組的風(fēng)味差異。該研究系統(tǒng)地解析了氨基酸在白酒發(fā)酵過程中的生態(tài)維持和風(fēng)味代謝的雙重功能，同時也突顯了營養(yǎng)管理在發(fā)酵生態(tài)系統(tǒng)中的重要性。

 

　　杜海副教授為論文的通訊作者，我校2019級博士生魏軍林為第一作者。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金（32172176））和中國江蘇省自然科學(xué)基金（BK20201341）等的資助。

 

　　近年來，徐巖教授團(tuán)隊(duì)致力于釀造發(fā)酵過程中群體微生物結(jié)構(gòu)與功能、微生物及其代謝機(jī)理、微生物新酶及其分子改造等研究工作，從微生物組學(xué)、基因組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)解析微生物發(fā)酵機(jī)制，采用發(fā)酵工程和酶技術(shù)發(fā)掘及延展新的生物制造過程，滿足工業(yè)制造的需求。相關(guān)研究成果已發(fā)表在ACS Catal、metab Eng、Trend Food Sci Tech、Appl Environ Microbiol等本領(lǐng)域權(quán)威期刊。