葡萄酒乳酸菌Oenococcus oeni中citR基因调控柠檬酸代谢的分子机制及其在酸胁迫响应中的作用

本研究针对葡萄酒乳酸菌Oenococcus oeni的柠檬酸代谢调控机制展开探索，首次揭示citR基因通过反义RNA稳定maeP转录本并调控cit操纵子表达，阐明了柠檬酸代谢减缓提升细菌酸耐受性的新机制，为优化葡萄酒苹果酸-乳酸发酵(MLF)工艺提供理论依据。

　　

在葡萄酒酿造过程中，苹果酸-乳酸发酵（Malolactic Fermentation, MLF）是提升酒体风味的关键步骤，而Oenococcus oeni作为主要的功能微生物，其酸耐受性直接决定发酵成败。有趣的是，这种乳酸菌还能代谢柠檬酸产生双乙酰（diacetyl）——赋予葡萄酒黄油香气的关键物质。然而，高酸环境会严重抑制O. oeni的活性，导致MLF停滞。前期适应性进化实验意外发现：减缓柠檬酸代谢竟能增强菌株酸耐受性，这一反直觉现象背后隐藏着怎样的分子机制？

为解开谜团，由Camille Eicher领衔的法国研究团队对O. oeni的cit基因座展开系统解析。这个包含mae-maeP-citCDEFXG基因簇的位点，其上游还存在着反向排列的citR基因。通过转录组分析和遗传互补实验，研究人员首次证实CitR作为转录调控因子，其转录产生的反义RNA能稳定maeP（编码柠檬酸渗透酶）的mRNA。这种独特的调控方式不仅解释了柠檬酸代谢速率与酸应激响应的关联，更为人工调控MLF进程提供了新靶点。该成果发表于《International Journal of Food Microbiology》。

研究采用三大关键技术：1）基因座定位与转录本分析（确定citR与mae的反义重叠区域）；2）遗传互补实验（验证CitR的转录调控功能）；3）酸胁迫测试（评估代谢调控对菌株存活率的影响）。实验菌株来自实验室保藏的O. oeni葡萄酒发酵分离株。

【cit基因座结构特征】

通过启动子预测和RT-PCR验证，发现citR转录本与mae基因编码区形成天然的反义RNA配对。这种特殊结构暗示其可能参与转录后调控。

【反义RNA的稳定作用】

Northern blot显示maeP mRNA在野生型菌株中半衰期显著延长，而在citR缺失突变体中快速降解，证实反义RNA对代谢相关转录本的稳定作用。

【CitR的调控功能】

通过构建citR回补菌株，观察到cit操纵子表达量恢复至野生型水平，双乙酰产量同步回升，明确CitR作为正调控因子的功能。

【酸胁迫响应机制】

表型分析发现，citR过表达菌株在pH 3.2条件下的存活率比野生型提高2.3倍，且细胞内ATP水平维持更稳定，揭示减缓柠檬酸代谢可减少质子内流引发的能量危机。

这项研究开创性地解析了O. oeni柠檬酸代谢的双重调控网络：CitR既通过经典转录调控影响cit操纵子表达，又通过反义RNA机制精细调节代谢酶编码基因的稳定性。这种"双保险"机制确保细菌能根据环境酸度动态调整代谢流——在高酸条件下降低柠檬酸代谢速率以保存能量，在适宜环境中恢复代谢产生风味物质。该发现不仅为葡萄酒发酵工艺优化提供新思路（如构建citR工程菌提升MLF成功率），其揭示的反义RNA-代谢应激耦合机制更为原核生物环境适应研究开辟了新视角。