1374 株植物乳植杆菌基因组的大规模比较基因组学研究揭示开放泛基因组及益生菌相关和安全性相关的基因组特征中的菌株水平变异

《Current Microbiology》：Large-Scale Comparative Genomics of 1,374 Lactiplantibacillus plantarum Genomes Reveals an Open Pan-genome and Strain-Level Variation in Probiotic-Associated and Safety-Related Genomic Features

　　

摘要

Lactiplantibacillus plantarum（植物乳杆菌）因其在食品发酵和益生菌应用中的广泛研究而备受关注，但其功能和安全性相关特征在很大程度上取决于特定菌株。大规模比较基因组学可以表征这种多样性并支持基于基因组的菌株优先筛选，但仅凭基因组证据并不能确立益生菌功效或安全性。本研究对植物乳杆菌RefSeq基因组集合进行了登录号级别审计、精确序列去冗余以及预定义的基因组质量筛选，最终获得1,374个唯一基因组用于分析。研究评估了基因组特征、泛基因组结构、益生菌相关注释代理指标、靶向序列证据、预定义的安全性相关基因组标志物、分离来源元数据以及COG功能注释。最终队列的基因组大小均值为3.286 ± 0.126 Mb，GC含量均值为44.419 ± 0.168%。基因组大小与GC含量在数据集层面呈负相关（Pearson's r = ?0.767；R² = 0.588）。所观测的泛基因组包含32,500个基因家族，其中包括1,175个核心基因家族和31,325个附属基因家族，且仍未饱和，Heaps'定律指数为γ = 0.289。益生菌相关注释代理指标表现出异质性分布，靶向序列分析表明注释命名法可能严重影响表观标志物检测结果。在46个基因组（3.35%）中检测到有证据支持的抗生素抗性标志物，在93个基因组（6.77%）中检测到可移动遗传元件相关标志物，而ldhD基因在1,372个基因组（99.85%）中被检测到。预定义的描述性关注评分将1,236个基因组（90.0%）归入最低基因组关注类别，136个（9.9%）归入低关注类别，2个（0.1%）归入中等关注类别。32,500个基因家族中仅有1,327个获得了公认的初级COG分类。经质量筛选的植物乳杆菌RefSeq基因组集合表现出开放的、以附属基因为主的泛基因组以及显著的菌株间基因组多样性。依赖注释的标志物检测、数据库表征的不均匀性以及描述性关注评分的有限区分能力共同表明，基于基因组的筛选应用于候选菌株优先筛选，而非作为益生菌功效或确定安全性的证据。特定菌株的表型验证和应用相关的安全性评估仍然必不可少。