《Food Research International》：Genotype-phenotype associated comparisons of
Pseudomonas carnis spoilage ability based on whole-genome analyses
编辑推荐：
•通过全基因组ANI分析鉴定出六株来源于生乳的P. carnis菌株，并系统比较了它们的腐败潜力。•aprX启动子区域的结构性变异显著影响aprX的转录效率。•AprX中的关键氨基酸替换同时增强了酪蛋白结合亲和力和AprX的产量。•P. carnis在乳品中的腐败能力受到ap
- •
通过全基因组ANI分析鉴定出六株来源于生乳的P. carnis菌株，并系统比较了它们的腐败潜力。
- •
aprX启动子区域的结构性变异显著影响aprX的转录效率。
- •
AprX中的关键氨基酸替换同时增强了酪蛋白结合亲和力和AprX的产量。
- •
P. carnis在乳品中的腐败能力受到aprX编码区、其启动子及全基因组水平的多层次调控。
引言
生乳富含营养物质，在储存和运输过程中极易受到微生物污染。尽管冷藏能有效抑制大多数嗜温细菌的生长，但它却选择性地促进嗜冷伪单胞菌属（Pseudomonas）的增殖，这些菌是乳制品中主要的腐败微生物（Lu等，2025）。大部分来源于乳制品的伪单胞菌属菌株分泌胞外蛋白酶，以AprX为代表，已有报道表明其具有显著的热稳定性特征，在热处理后仍能保留残余酶活性（Chang等，2024）。
这些耐热蛋白酶据报道在巴氏杀菌甚至超高温处理后仍能保持活性，在商业无菌产品中保留大量残余活性。在后续储存过程中，其残余活性逐渐降解酪蛋白和其他乳蛋白，引发一系列腐败相关现象，如凝乳凝固、苦味产生和特征风味丧失，所有这些都显著降低了产品质量和市场货架期（Cheng等，2025）。鉴于在细菌细胞被热灭活后腐败损害仍在持续，解析伪单胞菌属中耐热蛋白酶活性背后的分子调控机制对于制定针对性策略以降低乳制品腐败风险至关重要。
来源于乳品的伪单胞菌属产生的胞外金属蛋白酶AprX由aprX基因编码。它能水解α-酪蛋白和κ-酪蛋白等主要乳蛋白，并改变酪蛋白胶束的结构（Zhang等，2019）。现有对AprX的研究主要集中于酶学特性、菌株筛选和蛋白水解活性等表型特征，而同一物种伪单胞菌属菌株间蛋白水解活性差异背后的分子和遗传机制仍然知之甚少（Du等，2022；Xu等，2024）。研究表明，伪单胞菌属在种和亚种水平上具有丰富的遗传多样性。即使属于同一物种的菌株，在蛋白酶活性方面也表现出显著差异（Moscone & Porcellato, 2026）。然而，关于AprX蛋白酶活性在菌株间特异变化的基因组调控机制和蛋白质结构基础仍缺乏系统阐释。
P. carnis由Lick等人基于从肉类产品中分离的菌株正式描述并命名为新物种，平均核苷酸同一性（ANI）分析确认了其与P. lactis等近缘物种的区别（Lick等，2020）。近期，Rodrigues等人从变色的巴西奶酪中分离出一株产生色素的P. carnis菌株，表明该物种可能存在于乳制品环境中（Rodrigues等，2023）。值得注意的是，尽管P. carnis已被确立为独立物种，但关于种内菌株间蛋白酶活性差异的分子机制研究仍然有限。McCarthy等人发现aprX和lipA位于同一个操纵子中，并受到双组分系统EnvZ-OmpR的差异调控，提示基因组调控网络可能影响AprX的合成（McCarthy等，2004）。然而，驱动P. carnis菌株间蛋白酶活性差异的遗传机制仍缺乏深入了解，对该物种蛋白酶活性的系统性研究仍然缺乏。
为填补这一研究空白，本研究采用ANI分析鉴定伪单胞菌属中来源于生乳的P. carnis菌株作为研究对象。以这些菌株为研究材料，本研究旨在比较不同P. carnis菌株的蛋白酶活性，探究基因组变异、调控通路和蛋白质结构替换与AprX蛋白酶活性之间的潜在关联，并阐明P. carnis菌株间AprX蛋白酶活性差异的分子机制。
章节摘要
菌株来源和培养条件
本研究使用的伪单胞菌属菌株分离自河北省某奶牛场采集的生乳，以含20%甘油的水苏氏培养基保存在中国农业科学院农产品加工研究所?80 °C条件下。从300余株嗜冷菌分离物中随机选取十株经16S rRNA测序初步鉴定为伪单胞菌属的菌株，进行后续全基因组分析。所有菌株在LB培养基中于28 °C下振荡培养于
伪单胞菌属菌株的全基因组测序和系统发育基因组学分析
对10株伪单胞菌属菌株进行了全基因组测序，获得了高质量草图基因组（NCBI BioProject: PRJNA1478106）。相应的BioSample和SRA登录号列于表1。质量控制指标（包括有效数据率Q20、Q30及GC含量）汇总于补充表1。基因预测统计信息（包括基因组大小、基因数量、基因总长度、平均基因长度和编码区比例）提供于表1。
结论
本研究表明，P. carnis菌株间AprX蛋白酶活性的差异并非由单一因素决定，而是与本研究鉴定出的多个基因组和调控因素密切相关。群体感应和双组分信号通路可能参与调控这些菌株的高蛋白酶活性；启动子LDF值和转录因子结合位点可能与转录水平差异有关；而关键氨基酸
作者贡献声明
周鸿淼：撰写初稿、验证、方法论、调查。李连瑞：形式化分析、概念化。张丽群：可视化、软件。张淑文：资源获取、数据管理。李旭：撰写——审稿与编辑、监督。庞晓阳：项目管理、资金获取。
未引用参考文献
De Weert等，2006
Islam等，2022
Solovyev、Shahmuradov和Salamov，2010
Wang等，2022
Wang等，2022
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由国家奶业产业技术体系（CARS-36）、国家自然科学基金委员会（32372457和32572547）、中央引导地方科技发展项目（2025ZY0131）、内蒙古科技计划项目（2025YFSH0150）及中国农业科学院农产品加工研究所农业科技自主创新项目（CAAS-ASTIP-G2025-IFST）资助。
周鸿淼|李连瑞|张丽群|张淑文|李旭|庞晓阳
