近期，江南大學生物工程學院徐巖教授團隊在白酒釀造過程中微生物菌群組裝機制及代謝方面取得新進展，研究結果“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)量和質量。近年來，高通量測序技術的快速發(fā)展使得我們對各種發(fā)酵系統(tǒng)中復雜微生物群落的組成和動態(tài)演替有了比較清晰的認識。然而，微生物群落響應周圍環(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鍵因素之一。揭示營養(yǎng)物質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)機制，還可以為實現(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，通過多組學技術、統(tǒng)計生態(tài)學和可培養(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)酵過程中細菌的組裝是隨機性的，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最大（37.64%），尤其是與酵母菌群的組裝顯著相關。進一步地，通過相關性分析和可培養(yǎng)驗證，發(fā)現(xiàn)特定的功能氨基酸絲氨酸可以促進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)酵過程中的風味化合物和代謝基因表達，發(fā)現(xiàn)氨基酸顯著影響了風味化合物的生成，纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸參與了異戊醇、異丁醇、苯乙醇及相關乙酯的代謝，進而造成了兩個組的風味差異。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基金（32172176））和中國江蘇省自然科學基金（BK20201341）等的資助。

 

　　近年來，徐巖教授團隊致力于釀造發(fā)酵過程中群體微生物結構與功能、微生物及其代謝機理、微生物新酶及其分子改造等研究工作，從微生物組學、基因組學、代謝組學、蛋白質組學解析微生物發(fā)酵機制，采用發(fā)酵工程和酶技術發(fā)掘及延展新的生物制造過程，滿足工業(yè)制造的需求。相關研究成果已發(fā)表在ACS Catal、metab Eng、Trend Food Sci Tech、Appl Environ Microbiol等本領域權威期刊。