動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國(guó)際著名期刊《AMB Express》發(fā)表最新研究成果！本研究分析了菌株SR14特性，發(fā)現(xiàn)該菌能夠生物合成硒納米粒子，可以改善腸道抗氧化功能，采用全基因組測(cè)序方法證明了SR14的基因組特征，并初步確定葡萄糖補(bǔ)充對(duì)菌株生長(zhǎng)和SeNPs合成最有利。
本研究的測(cè)序和部分分析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
多項(xiàng)研究表明生物SeNPs具有抗菌、抗氧化、抗癌和促進(jìn)激素分泌的特征。近年來(lái)，產(chǎn)生SeNPs的微生物越來(lái)越受到關(guān)注。芽孢桿菌具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和益生元功能，已成為合成SeNPs的合適生物反應(yīng)器。菌株SR14具有良好的亞硒酸鹽抗性和SeNPs生產(chǎn)能力。本研究旨在通過(guò)全基因組測(cè)序分析，探索SR14亞硒酸鹽還原和糖利用的相關(guān)基因。
B. paralicheniformis SR14
Illumina NavoSeq+Nanopore
基因組組裝+注釋、RT-PCR、亞硒酸鹽還原反應(yīng)等。
結(jié)果1：SR14全基因組測(cè)序和組裝
為了深入了解SR14還原亞硒酸鹽的機(jī)制，本研究使用二代Illumina和三代ONT測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行全基因組測(cè)序，組裝出該菌的全基因組序列，總長(zhǎng)4,448,064bp，環(huán)狀、GC含量45.95%、預(yù)測(cè)出4560個(gè)功能基因、81個(gè)tRNA、24個(gè)rRNA、其他類型ncRNA共105個(gè)。
結(jié)果2：菌株SR14的糖利用和亞硒酸鹽還原特性分析
KEGG注釋結(jié)果共包含4300個(gè)基因和49個(gè)生物途徑，其中432個(gè)基因被歸類為碳水化合物代謝基因，149個(gè)基因被分類為能量代謝基因。SR14基因組中有179個(gè)與糖代謝相關(guān)的基因，其中47個(gè)與麥芽糖代謝相關(guān)，69個(gè)與果糖代謝相關(guān)，60個(gè)與蔗糖代謝相關(guān)，3個(gè)與麥芽糖漿代謝相關(guān)。隨后，選擇葡萄糖、果糖、蔗糖和麥芽糖進(jìn)行生長(zhǎng)因子和亞硒酸鹽還原實(shí)驗(yàn)。此外，共有8個(gè)可能在硒復(fù)合代謝過(guò)程中發(fā)揮作用的基因，如EC:66.1.1.10（甲氧基tRNA合成酶）和EC:1.8.1.9（TrxR），被進(jìn)一步篩選。
結(jié)果3：SR14在不同補(bǔ)糖條件下的生長(zhǎng)特性和亞硒酸鹽還原能力
隨著亞硒酸鈉的加入，SR14的菌落變紅，表明SR14表現(xiàn)出亞硒酸鹽耐受性和元素硒的還原能力。在5 mg/L亞硒酸鈉存在下培養(yǎng)后，不同組的肉湯顏色均變?yōu)榧t色。測(cè)定了不同種類的糖對(duì)SR14生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明補(bǔ)充糖促進(jìn)了SR14的生長(zhǎng)，葡萄糖是最佳選擇。ICP-MS分析表明，在Glu組和Suc組中，亞硒酸鈉分別在接種后60小時(shí)和72小時(shí)完全減少。然而，即使在發(fā)酵72小時(shí)后，其他組的肉湯中仍有殘留的亞硒酸鈉（NC組93%；Con組59%；Mal組53%；Fru組36%）。
圖4 菌SR14的生長(zhǎng)和亞硒酸鹽還原分析
結(jié)果4：不同糖補(bǔ)充條件下選擇的基因mRMA豐度分析
為了驗(yàn)證基因組測(cè)序結(jié)果中亞硒酸還原基因的相關(guān)表達(dá)，評(píng)估了亞硒酸還原酶的mRNA豐度，包括TrxR、富馬酸還原酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶。補(bǔ)充葡萄糖可使TrxR、富馬酸還原酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的表達(dá)顯著上調(diào)153.9倍、20.2倍和10.7倍。此外，補(bǔ)充蔗糖可使TrxR的表達(dá)上調(diào)70.7倍（P<0.00001）。
與其他三組相比，在補(bǔ)充葡萄糖的情況下，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的mRNA表達(dá)顯著上調(diào)（79.3倍）。同時(shí)，補(bǔ)充葡萄糖顯著增加了果糖激酶的mRNA表達(dá)。然而，四種糖補(bǔ)充劑均未顯著影響麥芽糖-6′-磷酸葡萄糖苷酶的表達(dá)。
圖5 菌SR14中與亞硒酸還原反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)量分析
圖6 菌SR14中相關(guān)糖代謝基因的表達(dá)量分析
四、研究結(jié)論
1.利用全基因組測(cè)序技術(shù)揭示了SR14在亞硒酸鹽還原和糖利用方面的遺傳特征；
2.補(bǔ)充葡萄糖對(duì)SR14生長(zhǎng)和亞硒酸鹽還原的促進(jìn)作用最好，且效果優(yōu)于補(bǔ)充蔗糖、果糖或麥芽糖；
3.EC:1.1.1.49（葡萄糖-6-磷酸1-脫氫酶）和EC:2.7.1.4（果糖激酶）可能與SR14的代謝過(guò)程有關(guān)；
4.補(bǔ)充葡萄糖時(shí)，SR14可能依賴多種酶，如硫氧還蛋白、富馬酸還原酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶來(lái)還原亞硒酸鹽。
文章索引：Wang, F.Q.,Gong, T., Du, M., et al. (2023).Whole genome sequencing and analysis of selenite-reducing bacteria Bacillus paralicheniformis SR14 in response to diferent sugar supplements[J].AMB Express. doi.org/10.1186/s13568-023-01598-9.
