从荷斯坦弗里斯兰奶牛中分离出的Pediococcus pentosaceus 13.7 2A-1的完整基因组序列

《Microbiology Resource Announcements》：Complete genome sequence of Pediococcus pentosaceus 13.7 2A-1 isolated from a Holstein Friesian dairy cattle

从德国传统奶牛场分离出Pediococcus pentosaceus 13.7 2A-1菌株，完成1.84 Mbp全基因组测序，含1,746个蛋白编码序列，分析显示其基因组完整性和质量均达到食品发酵应用标准。

　　Pediococcus pentosaceus 是一种广泛存在于自然环境和食品加工中的乳酸菌，因其在食品发酵、保鲜以及生物控制方面的潜力而受到科学界的关注。该菌种在乳制品、发酵食品和动物肠道中均有发现，尤其在奶牛和奶山羊的乳腺中更为常见。在一项研究中，科学家从德国Münsterland地区一家常规管理的奶牛场中分离得到了P. pentosaceus 13.7 2A-1菌株，并对其进行了全基因组测序和分析。这一研究不仅有助于深入理解该菌株的遗传特征，也为未来在食品工业中的应用提供了科学依据。

该菌株的全基因组测序结果显示，其基因组长度为1.84兆碱基对（Mbp），包含1,746个蛋白质编码序列（CDS），15个核糖体RNA（rRNA）基因和55个转运RNA（tRNA）基因。这些数据表明，P. pentosaceus 13.7 2A-1具有丰富的基因组结构，能够编码多种与代谢、环境适应和功能特性相关的蛋白质。此外，基因组的GC含量为37.1%，这一比例在细菌中较为常见，表明其基因组在进化过程中可能经历了适应性选择，以维持特定的基因表达模式和生理功能。

在该研究中，科学家采用了先进的基因组测序技术，以确保数据的准确性和完整性。首先，通过使用Wizard HMW DNA Extraction Kit（Promega, USA）从菌株中提取了高质量的基因组DNA。随后，使用DeNovix QFX荧光计对DNA进行了定量分析，以评估其浓度和纯度。在测序过程中，研究人员采用了Oxford Nanopore技术，构建了两个独立的测序库，并使用SQK-RAD004试剂盒进行测序。测序数据通过两个独立的Nanopore运行收集，采用Flongle R9.4.1 Flow Cells进行测序。这些步骤确保了数据的多样性和可靠性，为后续的基因组组装和分析奠定了坚实的基础。

测序数据的处理采用了多种软件工具，以提高数据质量并去除低质量读段。例如，使用Guppy v.6.3.8进行基础调用，保留质量分数≥Q9的读段。随后，通过Porechop v0.2.4去除接头序列，确保数据的纯净性。Filtlong v0.2.1则用于去除质量较低的读段以及长度小于1 kb的片段，进一步提高了数据的准确性。这些处理步骤使得研究人员能够获得高质量的原始测序数据，为后续的基因组组装提供了可靠的输入。

基因组的组装和验证过程采用了多个工具和算法，以确保最终结果的准确性和完整性。例如，使用Flye v.2.9.2、Raven v.1.8.2和Miniasm v.0.3 + MiniPolish v.0.1.3进行基因组组装，并通过Trycycler v.0.5.4管道进行优化。组装后的基因组通过Medaka v.1.8.0和Bandage v.0.9.0进行进一步的校正和验证，确保其结构正确且无明显错误。此外，为了提高基因组的准确性，研究人员还使用Dorado v.0.9.6对FAST5读段进行了重新基础调用，并通过Dorado Aligner对数据进行比对和过滤，确保最终的基因组序列质量达到较高标准。

在基因组组装完成后，研究人员对基因组的完整性和质量进行了评估。使用QUAST v.5.3.0，研究人员将该菌株的基因组与标准菌株P. pentosaceus ATCC 25745（NC_008525.1）进行了比较，以确定基因组长度、GC含量和基因组覆盖度等关键参数。结果表明，该菌株的基因组覆盖度为51.7倍，表明测序数据的充分性和完整性较高。此外，通过BUSCO v.5.8.3和CheckM2 v.1.1.0对基因组的完整性进行了评估，结果表明该菌株的基因组完整性达到了97.8%和100%，表明其基因组序列的质量和完整性都非常高。

为了进一步提高基因组的准确性，研究人员还使用了PGAP v.6.10进行基因组注释，确认了1,746个蛋白质编码序列、15个rRNA基因和55个tRNA基因的存在。这些基因的功能分析将有助于理解P. pentosaceus 13.7 2A-1在食品发酵和生物控制中的具体作用。例如，某些蛋白质编码序列可能与乳酸发酵、抗菌活性或环境适应能力相关，这些特性使得P. pentosaceus在食品工业中具有重要应用价值。

在食品工业中，P. pentosaceus被广泛应用于发酵食品的生产，如酸奶、奶酪和泡菜等。这些食品通常需要乳酸菌的参与，以促进发酵过程并提高食品的风味和营养价值。此外，P. pentosaceus还被用作生物防腐剂，能够抑制有害微生物的生长，从而延长食品的保质期。这种特性使其在食品保鲜领域具有重要的应用潜力。在某些研究中，科学家发现P. pentosaceus能够产生抗菌物质，这些物质对某些病原菌具有抑制作用，如李斯特菌和沙门氏菌等。

P. pentosaceus的抗菌活性不仅限于食品领域，还可能在其他生物控制应用中发挥作用。例如，某些研究显示，P. pentosaceus能够通过产生抗菌肽来抑制有害微生物的生长，从而保护宿主免受感染。这种特性使其在医药和生物技术领域也具有潜在的应用价值。此外，P. pentosaceus还可能通过调节肠道微生物群落来改善宿主的健康状况，这使其在益生菌研究中成为一个重要的研究对象。

在该研究中，科学家不仅关注P. pentosaceus的基因组结构，还对其功能特性进行了分析。通过基因组注释，研究人员确认了该菌株中与代谢、环境适应和功能特性相关的基因，这些基因的存在为理解其在食品发酵和生物控制中的作用提供了重要线索。此外，该菌株的基因组覆盖度和完整性也表明其测序数据的准确性和可靠性较高，这为后续的基因组分析和功能研究提供了坚实的基础。

在基因组分析的基础上，研究人员还探讨了P. pentosaceus在食品工业中的潜在应用。例如，该菌株可能具有较高的发酵效率，能够在较短时间内完成发酵过程，提高食品的产量和质量。此外，该菌株的抗菌活性可能使其在食品保鲜中具有重要作用，能够有效抑制有害微生物的生长，从而延长食品的保质期。这些特性使得P. pentosaceus成为食品工业中极具前景的微生物资源。

P. pentosaceus在食品发酵和保鲜中的应用不仅限于乳制品，还可能扩展到其他食品类型。例如，该菌株可能被用于发酵蔬菜、水果和肉制品的生产，以提高食品的营养价值和安全性。此外，该菌株的抗菌活性可能使其在生物控制领域具有广泛的应用前景，能够用于抑制食品中的有害微生物，从而减少食品污染的风险。这些研究结果表明，P. pentosaceus在食品工业中具有重要的应用潜力，值得进一步研究和开发。

在该研究中，科学家还强调了数据共享的重要性。研究团队将P. pentosaceus 13.7 2A-1的全基因组测序数据上传至NCBI Sequence Read Archive（SRA），并提供了BioProject访问编号PRJNA1297324。此外，原始测序读段可以通过SRA访问，对应的BioSample编号为SAMN50231305。组装和注释后的基因组序列则通过DDBJ/ENA/GenBank平台进行存储，访问编号为CP197205和GCA_052059775.1。这些数据的公开共享不仅有助于其他研究人员进一步验证和利用这些数据，还能够促进该菌株在食品工业中的应用研究。

该研究的发表得到了德国某大学的开放获取出版基金的支持，表明研究团队在推动科学知识共享和开放获取方面做出了积极贡献。此外，研究团队还对数据的处理和分析进行了详细说明，确保研究过程的透明性和可重复性。通过使用多种软件工具和算法，研究人员能够获得高质量的基因组数据，并对其进行准确的注释和分析，为后续研究提供了可靠的基础。

在研究过程中，科学家们还对P. pentosaceus的生物学特性进行了探讨。例如，该菌株的基因组结构可能与其在食品发酵中的适应性有关，能够快速响应环境变化并调节自身的代谢活动。此外，该菌株的基因组覆盖度和完整性也表明其在基因组研究中的重要性，能够为其他类似菌株的研究提供参考。这些研究结果不仅有助于理解P. pentosaceus的生物学特性，还能够为食品工业中的应用研究提供理论支持。

总的来说，P. pentosaceus 13.7 2A-1的全基因组测序和分析为该菌株在食品发酵和生物控制中的应用提供了重要的科学依据。通过先进的测序技术和软件工具，研究人员能够获得高质量的基因组数据，并对其进行准确的注释和分析，揭示了该菌株的遗传特征和功能潜力。这些研究结果不仅有助于理解P. pentosaceus的生物学特性，还能够为食品工业中的应用研究提供理论支持和实践指导。未来，随着对P. pentosaceus研究的深入，其在食品发酵、保鲜和生物控制方面的应用前景将更加广阔。