《Food Chemistry》：Comparative genomics and metabolomic profiling of
Lactiplantibacillus plantarum LP104 reveal its potential in co-fermented yogurt
编辑推荐：
•比较基因组学分析表明，LP104具有独特的碳水化合物活性酶特征以及氨基酸代谢能力。•在储存过程中，LP104提升了酸奶的持水能力及乳酸菌的存活率。•LP104改变了酸奶中的挥发性成分构成，增强了与酒精相关的香气。•通过整合基因组学与代谢组学分析，揭示了LP104在酸奶发酵过程中
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比较基因组学分析表明，LP104具有独特的碳水化合物活性酶特征以及氨基酸代谢能力。
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在储存过程中，LP104提升了酸奶的持水能力及乳酸菌的存活率。
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LP104改变了酸奶中的挥发性成分构成，增强了与酒精相关的香气。
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通过整合基因组学与代谢组学分析，揭示了LP104在酸奶发酵过程中对氨基酸和碳水化合物代谢的调控作用。
引言
酸奶是通过共生微生物群落的乳酸发酵制成的，因其具有保健功效并能提供益生菌而被广泛食用（Yang, Shi, Zhang, Xiao, & Li, 2025）。随着消费者对功能性乳制品需求的增加，相关行业正在开发专为注重健康的人群设计的益生菌酸奶。先前的研究已经证明了这类酸奶在维持肠道平衡、调节免疫功能以及增强抗氧化能力方面的积极作用（Meng et al., 2024; Prete et al., 2024）。除了健康益处之外，酸奶的风味也是决定消费者喜好和接受度的关键因素。乳酸菌通过糖酵解、蛋白分解和脂肪分解等生化反应显著影响酸奶的风味形成，而这些反应又受到蛋白质、脂肪、益生元以及代用脂肪等成分的调控（Alam et al., 2025）。
传统的发酵乳通常是用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌来生产的。然而，这些商业起始菌株的蛋白分解和生物合成能力较为有限，导致氨基酸释放量不足，风味较为单一，而且由于维生素和生物活性物质的合成不够，其保健功效也有所降低（Guo et al., 2025; Huang, Chen, & Li, 2025）。正因为存在这些局限性，人们开始尝试引入具有互补功能的新乳酸菌株，以提高发酵效果和风味复杂性。多组学方法被越来越多地用于解析发酵乳品风味形成的微生物机制和代谢途径（Wen et al., 2024）。代谢组学能够全面检测挥发性和非挥发性代谢物，其中许多代谢物直接参与风味的形成，或是风味的前体物质（Cheng et al., 2025）。通过分析氨基酸代谢、脂质代谢以及GABA的合成过程，代谢组学有助于了解风味化合物形成的内在机制（Fan et al., 2023; Li et al., 2024; Wang et al., 2025）。全基因组测序则有助于识别乳酸菌中与风味化合物生物合成相关的功能基因，包括那些与碳水化合物和能量代谢相关的基因，以及编码脂肪酶和蛋白酶等关键酶的基因（Castro-López et al., 2021; Tan et al., 2025）。比较基因组学则能够帮助筛选出那些具有更丰富的风味相关代谢途径以及更强碳水化合物利用能力的菌株（Gardoul et al., 2025）。高等人对比了七种具有不同进化背景的植物乳杆菌菌株，发现它们在与维生素合成、氨基酸代谢以及糖苷水解酶功能相关的基因上存在显著差异（Gao et al., 2025）。重要的是，将基因组学和代谢组学分析相结合，可以更清晰地揭示遗传潜力与实际风味化合物生成之间的关联。
本研究重点探讨了植物乳杆菌LP104与商业起始菌株在酸奶发酵过程中的共发酵相互作用。LP104此前已被分离并鉴定为一种具有抗氧化活性和多种生理益处的益生菌株（Wang et al., 2023; Zhang et al., 2024）。不过，它在酸奶风味形成中的作用至今仍不完全清楚。因此，本研究通过整合基因组学和代谢组学分析，系统地阐明了LP104在酸奶发酵过程中参与风味化合物生物合成的关键代谢途径和调控网络。这些研究结果为开发含有植物乳杆菌的改良发酵起始菌株提供了重要依据，有助于提升发酵乳品的整体品质和风味表现。
章节摘要
菌株及培养条件
植物乳杆菌LP104是从吉林省延边朝鲜族自治州的韩国泡菜中分离得到的，该菌株已保存在中国典型培养物保藏中心，编号为CCTCC No.2019084。LP104在De Man、Rogosa和Sharpe（MRS）培养基中于37℃下培养24小时。经过三次连续传代后，将细菌细胞在4℃下以4000×g的离心力离心10分钟，收集后用于后续分析。本研究中用于酸奶发酵的起始菌株为保加利亚乳杆菌HH-LB57。
植物乳杆菌菌株的比较基因组学与功能分析
在本研究中，我们对LP104以及另外八种来自不同生态来源的植物乳杆菌菌株进行了比较基因组学分析，这些菌株的基因组序列均来自NCBI数据库（见表1）。这些代表性的植物乳杆菌菌株的基因组大小和GC含量相近，而LP104和KLDS1.0386则含有相对更多的质粒。基于LP104参考基因组构建的环形基因组图谱，为所有菌株提供了全面的比较分析，涵盖了
讨论
由于其强大的代谢活性、保健功效、风味提升潜力以及与传统起始菌株的协同作用，植物乳杆菌作为酸奶生产中的辅助菌株越来越受到关注（Yilmaz et al., 2022）。在本研究中，我们使用植物乳杆菌LP104进行了比较基因组学分析，并将其与商业起始菌株——保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌一起进行共发酵实验。
结论
本研究结合比较基因组学与代谢组学方法，评估了植物乳杆菌LP104作为酸奶发酵辅助菌株的效果。实验结果表明，与商业起始菌株共发酵能够提高产品的储存稳定性，这体现在酸奶的持水能力上升方面；同时，这种共发酵还显著改变了酸奶的挥发性和非挥发性代谢成分。通过代谢组学富集分析和相关性网络分析，我们发现与氨基酸相关的代谢途径是LP104参与风味形成的关键因素，
CRediT作者贡献说明
张悦：论文撰写——初稿撰写、研究实施。冯颖：论文撰写——审阅与编辑、数据整理。孙明雪：论文撰写——审阅与编辑、数据整理。何雅梅：软件应用、方法设计。刘倩辉：软件应用、研究实施。南博：论文撰写——审阅与编辑、结果可视化、概念构建。李霞：研究指导、资金申请。刘景生：资金申请。王宇：结果可视化、研究指导。王玉华：论文撰写——审阅与编辑、项目管理、资金管理
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了吉林省科技计划项目的支持（项目编号：202304022032GH）。
张悦|冯颖|孙明雪|何雅梅|刘倩辉|南博|李霞|刘景生|王宇|王玉华
