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许多表型性状因随机基因表达和环境影响而不稳定,此前研究多处于微生物群落层面。研究人员以植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)为模型,探究亲代与子代间的活性遗传。结果发现子代能继承亲代的强产酸活性,但 30 代后逐渐衰退。该研究对生物能源生产等生物技术应用意义重大。
理解细菌代谢活性的遗传,对微生物工程意义重大,也为化学和合成生物学提供了基础认知。尤其是非凡代谢活性能否以及在多大程度上传给下一代,是个关键问题。对细菌代谢活性进行真正的单细胞检测,能避免菌落层面测量结果的平均化掩盖。在这项研究中,研究人员分离、鉴定、微挑并培养具有非凡代谢能力的单个细菌,发现 30 代以内的子代仍保留亲代活性,而超过 30 代后,非凡性状逐渐回归普通水平。这些发现为利用细胞代谢生产商业产品的微生物工程提供了重要的理论基础。
许多表型性状,比如发酵活性,已被证实因随机基因表达和环境影响而不稳定。以往研究仅在微生物群落层面有所认知,个体非凡性状在多代繁殖中的命运却未得到充分研究。本研究以植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)为研究模型,探究亲代与子代间的活性遗传。研究建立了一套整合的单细胞操作策略,包括利用细胞外 pH 探针和微孔阵列进行荧光筛选、使用微量移液器进行微挑,以及通过单细胞培养扩增单个细菌。结果发现,子代细菌能够很好地继承亲代细菌个体的强产酸活性,不过随着繁殖代数超过 30 代,子代的这种活性逐渐回归普通水平,这为期望的遗传设定了代数限制。这很可能是由于细胞生存环境恶化所致。该研究在单个细菌层面阐释了细菌代谢性状的可遗传特征,对生物能源生产等需要稳定或至少可预测代谢性能的生物技术应用具有重要的理论意义。