Bifidobacteriumanimalissubsp.lactisJNFE03利用低聚木糖的初步机制研究.pdf

摘要

摘要

低聚木糖（XOS）由2-7个木糖分子通过β-(1,4)糖苷键连接形成。体内外研

究表明XOS具有益生功能，但这些研究目前仅限于全局代谢过程，而转录调控

机制尚不清晰。因此，本论文首先从种水平上分析了不同种双歧杆菌利用XOS

的差异性，其次以高效利用XOS的Bifidobacteriumanimalissubsp.lactisJNFE03

菌株作为研究对象，通过细胞生理学和转录组学分析了其利用XOS的代谢通路，

并阐明了其代谢XOS关键的转录因子XosR的调控机制。

首先，根据双歧杆菌中的XOS降解酶系系统发育进化关系，通过体外培养

实验分析Bifidobacteriumadolescentis、Bifidobacteriumlongumsubsp.long、

Bifidobacteriumpseudocatenulatum、Bifidobacteriumanimalissubsp.lactis、

Bifidobacteriumpseudolongum和Bifidobacteriumbifidum利用XOS的差异性。获

得了一株高效利用XOS的菌株B.animalissubsp.lactisJNFE03，其在XOS碳源

体系中发酵培养24h后，体系OD值为1.01；木四糖和木三糖含量分别下降了

79.7%和59.2%；细胞膜不饱和脂肪酸含量和细胞膜流动性增加。在XOS碳源体

系中发酵培养该菌株36h后，该菌株β-木糖苷酶活性增强至4.75U/mL，短链脂

肪酸总含量增加至1793.51μg/mL。

在此基础上，通过RNA-seq测序对B.animalissubsp.lactisJNFE03在不同

碳源培养基上的差异表达基因进行分析。GO富集分析表明差异表达基因主要集

中在ATP结合、膜组成和细胞质组成中。KEGG富集分析表明差异表达基因主

要富集在氨基酸代谢、翻译、膜运输等途径。基于生物信息学数据库，对B.

animalissubsp.lactisJNFE03利用XOS的途径进行描述。研究发现，B.animalis

subsp.lactisJNFE03主要通过ABC转运系统和MFS转运系统摄取XOS并通过

OPP转运系统、DPP转运系统和LIV转运系统摄取蛋白质。

最后，对转录组学结果中获得的LacI家族转录因子xosR的调控机制进行探

究，该转录因子具有螺旋-转角-螺旋（HTH）结构DNA结合域。通过启动子荧

光强度测定验证了xosR的启动子PI，并且XosR转录因子能够在E.coliBL21

（DE3）中可溶性表达，分子量约为44.3kDa，在浓度为20nmol/L时可与

BIFANG_00034靶点片段结合。通过圆二色谱分析及分子对接模拟进一步发现，

XosR蛋白可以与XOS结合且结合后构象发生变化，不能与原有靶点结合，促进

了结构基因的表达。

关键词：动物双歧杆菌乳亚种；低聚木糖；转录组学；XosR转录因子

I

Abstract

Abstract

Xylo-oligosaccharides(XOS)areformedbyxylosemoleculeswithβ-(1,4)

glycosidicbonds.Alargenumberofinvitrostudiesandinvivostudieshaveproved

theprobioticfunctionofXOS,butthesestudiesarelimitedtoglobalstudies.The

specificmetabolicregulationmechanism