高温大曲中未培养功能微生物的解码：淀粉水解假纤细芽孢杆菌新种的宏基因组组装基因组研究

《Techniques and Innovations in Gastrointestinal Endoscopy》：Metagenome-assembled genomes reveal Pseudogracilibacillus amylolyticus sp. nov., a functional uncultured microorganism in high-temperature Daqu

本研究针对高温大曲中未培养微生物功能认知空白的问题，通过宏基因组组装基因组技术对酱香型白酒发酵剂开展微生物分类与功能研究，发现并鉴定了Pseudogracilibacillus属新物种Pseudogracilibacillus amylolyticus sp. nov.。系统发育分析（ANI<95%）证实其分类学独特性，功能注释揭示其具有淀粉降解、芳香化合物代谢及环境适应性（如ABC转运蛋白多样性）等关键代谢特征，为解析白酒风味形成机制提供了新视角，推动传统发酵食品微生物资源挖掘。

　　

中国白酒作为传统蒸馏酒的代表，其独特风味的形成依赖于复杂微生物群落参与的固态发酵过程。大曲作为白酒酿造的糖化发酵剂，富含细菌、真菌等微生物，其中芽孢杆菌属等孢子形成菌在高温制曲环境下占据关键生态位。然而，传统培养技术的局限性导致大曲中大量微生物（尤其是未培养类群）的功能潜能未被揭示，限制了人们对白酒风味形成机制的全面认知。

为深入解析高温大曲微生物组的结构与功能，研究人员对酱香型白酒生产核心区域茅台镇采集的3份大曲样本进行宏基因组测序，通过组装、分箱及质量筛选获得36个中高质量宏基因组组装基因组。系统发育分析显示，其中3个MAGs在Pseudogracilibacillus属内形成一个独立分支，其与已知物种的平均核苷酸一致性显著低于新物种划分阈值，表明代表一个新分类单元。研究人员依据原核生物命名规则将其命名为Pseudogracilibacillus amylolyticus sp. nov.。

关键实验方法概述

研究采用宏基因组测序技术分析大曲样本，通过DNA提取、Illumina平台测序及序列组装获得MAGs；利用GTDB-Tk工具进行物种注释，基于ANI和AAI值进行系统发育分析；通过KEGG数据库对基因功能进行注释，重点解析碳源代谢、芳香化合物降解及环境适应性相关通路。

研究结果

样本收集与测序

从茅台镇采集的3份大曲样本涵盖首轮黑曲和次轮母曲，经DNA提取和宏基因组测序，共组装获得36个MAGs，其中31个属于厚壁菌门，5个属于放线菌门。

Metagenomic data of the samples

基于GTDB-Tk注释，发现3个MAGs在Pseudogracilibacillus属内形成单系群，其ANI值低于95%，支持其作为新物种的分类地位。功能注释显示该物种编码淀粉水解酶、芳香化合物降解酶及多种ABC转运蛋白，提示其在碳源利用和风味前体物质转化中具有重要作用。

Conclusion

本研究通过宏基因组学手段揭示了高温大曲中未培养微生物Pseudogracilibacillus amylolyticus sp. nov.的分类学与功能特征。该物种的代谢多样性（如淀粉降解和芳香化合物转化能力）及其对环境胁迫的适应性，为阐释其在白酒发酵中的生态功能提供了基因组证据，拓展了Bacillaceae科微生物在传统食品生态系统中的认知边界。

讨论与意义

该研究首次从基因组层面证实Pseudogracilibacillus属新物种在大曲发酵中的功能潜力，其淀粉水解特性与白酒糖化过程直接关联，而芳香化合物代谢能力可能影响风味物质合成。研究结果不仅为白酒微生物资源开发提供新靶点，也为利用宏基因组技术挖掘未培养微生物的功能奠定了基础。