植物乳杆菌GX17的基因组与抗逆特性解析：一种潜在动物饲料益生菌的应用前景

这篇研究全面解析了植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)GX17的基因组特征与抗逆表型，通过全基因组测序结合表型实验，发现该菌株携带50个抗逆基因（包括热休克蛋白hsp、冷休克蛋白csp等），在高温(70℃)、低温(0℃)、酸碱(pH2.5-3.5)、高盐(150g/L NaCl)及模拟胃肠液环境中均表现出卓越存活率，其DPPH自由基清除率高达94.39%。研究为开发耐加工、易定植的饲料添加剂提供了分子依据。

　　

基因组特征与功能注释

植物乳杆菌GX17的基因组包含2,952,198bp环形染色体和4个质粒，GC含量44.53%。通过KEGG注释发现1,436个功能基因，其中792个参与代谢通路，237个涉及碳水化合物代谢。COG分类显示20.98%基因功能未知，已知功能中以转录调控(240基因)和糖代谢(204基因)为主。CAZy数据库鉴定出102个碳水化合物活性酶基因，包括39个糖苷水解酶(GH)和29个糖基转移酶(GT)，揭示其强大的碳源利用能力。

毒力因子与安全性

从基因组中鉴定出7个潜在毒力因子，如groL（黏附相关）和clpP（应激蛋白酶）。值得注意的是，这些基因主要与细菌定植相关，而非致病性毒素。动物实验证实该菌株能提高黄羽肉鸡生长性能，支持其作为饲料添加剂的安全性。

抗逆基因图谱

全基因组分析鉴定出50个抗逆基因，分属7类：

1. 1.

   温度应激：6个冷休克蛋白(csp)和3个热休克蛋白(hsp)基因，其中hsp18在70℃处理时表达上调1.3倍

2. 2.

   酸碱适应：3个碱性休克蛋白(asp)基因，在pH3.5条件下asp23表达量提升1.3倍

3. 3.

   渗透调节：8个Na⁺/H⁺逆向转运体(nhaC)基因，在50g/L盐浓度下nhaC表达量增加1.6倍

4. 4.

   胆汁耐受：4个胆汁盐水解酶(bsh)基因，0.3%胆汁盐环境中bsh表达量达对照1.8倍

5. 5.

   抗氧化系统：5个硫氧还蛋白和3个NADH氧化酶基因，体外实验显示羟自由基清除率62.31%

表型验证实验

• •

  极端环境存活率：在70℃处理30分钟后仍保持10³CFU/mL活菌数；150g/L NaCl中存活24小时

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  胃肠模拟：人工胃液(pH2.5)处理6小时存活率超50%，肠液处理2小时活菌数仅下降1.49个对数单位

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  抗氧化能力：DPPH清除率(94.39%)显著高于同类菌株(40%)，总还原力达95.63%

比较基因组学

与5个抗逆型L. plantarum菌株比较发现：

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  共有基因2,120个，GX17特有96个基因，包括独特Na⁺/H⁺转运体chr_2428

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  基因组共线性分析显示GX17与耐氧化菌株CAUH2亲缘性最高

分子机制解析

qRT-PCR证实关键基因的应激响应：

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  冷应激(0℃)诱导cspL表达上调1.6倍

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  氧化应激激活通用应激蛋白(uspA)表达，该基因在10种应激条件下均显著上调

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  胆汁盐激活bsh基因表达，与表型实验中0.3%胆汁盐6小时存活率(10³CFU/mL)相互印证

应用价值

该研究通过基因型-表型关联分析，揭示GX17的多重抗逆机制：

1. 1.

   热稳定特性使其耐受饲料加工中的高温制粒(70℃)

2. 2.

   胃肠液抗性保障活菌抵达肠道定植

3. 3.

   抗氧化系统可缓解动物氧化应激

4. 4.

   特有Na⁺/H⁺转运体增强渗透调节能力

这些发现为开发"耐加工-高存活-功能性"三位一体的新型饲料益生菌提供了理论依据和候选菌株。