《Food Bioscience》：Integrative comparative genomics and nanoplate digital PCR enable strain-specific detection of
Leuconostoc citreum WiKim0101 in kimchi matrices
编辑推荐：
•开发了一种用于检测 L. citreum WiKim0101 的菌株特异性 ndPCR 检测方法。•通过比较基因组学鉴定出的一个独特基因，使得能够设计精确的引物。•该方法对 63 株非目标乳酸菌表现出高度的特异性。•实现了低至 100 fg DNA 及泡菜中 2.1 × 1
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开发了一种用于检测 L. citreum WiKim0101 的菌株特异性 ndPCR 检测方法。
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通过比较基因组学鉴定出的一个独特基因，使得能够设计精确的引物。
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该方法对 63 株非目标乳酸菌表现出高度的特异性。
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实现了低至 100 fg DNA 及泡菜中 2.1 × 103 CFU/g 的灵敏检测。
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该 ndPCR 检测方法可实现对发酵食品中发酵剂的准确监测。
引言
泡菜是一种传统的韩国功能性发酵食品，具有丰富的营养组成和益生菌潜力，正受到全球越来越多的关注（Gwak 等，2025b；Kim 等，2026a）。泡菜由本土乳酸菌（LAB）驱动的自然发酵产生，这些乳酸菌在酸化及风味形成中发挥重要作用（Bae 等，2025；Jeong 等，2025）。在发酵过程中，约 200 种细菌和酵母的动态变化是决定泡菜品质和感官特性的关键因素（Kim 等，2019a）。然而，失控的发酵可能导致不良微生物生长，引起过度酸化、异味产生以及质地软化等品质下降问题（Kim 等，2026b）。
发酵剂被广泛应用于改善泡菜的发酵稳定性和品质（Moon 等，2025）。在广泛使用的发酵剂中，Leuconostoc citreum 能够将果糖转化为甘露醇，从而提高甘露醇产量，这可能有助于泡菜所具有的理想口感和风味特征（Gwak 等，2024；Kim 等，2019a）。因此，Kim 等（2019b）开发了一种含有 L. citreum WiKim0101 及非拮抗型乳酸菌的混合发酵剂，使得接种菌株能够在泡菜发酵过程中占主导地位，同时通过甘露醇的产生改善感官特性。随着发酵剂在食品工业中的应用日益普遍，开发准确且具有菌株特异性的检测方法变得至关重要（Ahlroos & Tynkkynen，2009；Sisto 等，2009）。然而，由于泡菜中的本土微生物群会干扰传统的基于琼脂平板的计数方法，在菌株水平上监测泡菜中细菌的种群动态仍然具有挑战性（Kim 等，2023）。此外，由于 L. citreum 自然存在于泡菜中，因此需要一种具有菌株特异性的检测方法，以区分接种的发酵剂菌株与本土的 L. citreum 群体，从而在发酵过程中实现准确的监测和质量管理（Plengvidhya 等，2004）。
准确区分接种的发酵剂菌株与本土微生物，需要鉴定出具有菌株特异性的遗传靶标，因为传统的种水平检测方法不足以在菌株水平上进行可靠的监测（Treven，2015）。全基因组测序的快速发展极大地加深了我们对遗传多样性的理解，由于完整的基因组序列能够对核心基因组进行全面表征并可靠地鉴定独特的遗传特征，因此比较基因组学分析已成为鉴定菌株特异性遗传决定因素的一种有效策略（He 等，2026；Schmid 等，2018）。目前，基于全基因组测序（WGS）数据开发的菌株特异性 PCR 被认为是进行菌株水平筛查的一种有效方法；在通过比较基因组学鉴定出菌株特异性遗传靶标之后，需要具备高灵敏度的检测平台以实现准确的菌株水平鉴别（Li 等，2024；Sabat 等，2025）。在多种核酸扩增技术中，纳米孔数字 PCR（ndPCR）已发展成为一种稳健的分析平台，通过消除技术重复和参考标准的需求来提高通量，同时为各种样品基质中目标分子的高灵敏度检测提供了优异的表现（Gwak 等，2025a；Specchiarello 等，2023）。微流控 ndPCR 利用固定微隔室来最大程度地减少隔室体积的变异并防止液滴合并，从而实现快速且简化的工作流程，其中分液、热循环和荧光成像完全集成在一台自动化仪器中（Villa 等，2024；Do?antürk 等，2023）。
在本研究中，进行了比较基因组学分析以表征 L. citreum 菌株中基于泛基因组的基因分布，并鉴定 L. citreum WiKim0101 的菌株特异性遗传决定因素。基于鉴定出的菌株特异性遗传决定因素，设计了靶向 L. citreum WiKim0101 的引物/探针组合，并应用于 ndPCR 以实现精确的菌株水平检测，随后对其分析特异性和灵敏度进行了评估。所开发的检测方法旨在基于其基因组 DNA 特征，实现对接种的 L. citreum WiKim0101 在复杂的泡菜微生物群落中的菌株特异性检测。此外，对泡菜基质中的检测限（LOD）进行了评估，并将所开发的 ndPCR 检测方法进一步应用于市售泡菜产品，以评估其在复杂发酵环境下的实际适用性。
章节摘要
微生物及市售泡菜样品的准备
共获得 64 株参考菌株，包括 L. citreum WiKim0101、22 株非目标 L. citreum 菌株、19 个 Leuconostoc 属物种以及 22 株在泡菜中常检测到的其他乳酸菌，这些菌株来源于韩国泡菜微生物保藏中心、韩国标准菌株保藏中心、韩国微生物文化中心、韩国农业菌种保藏中心以及美国典型菌种保藏中心。这些菌株保存在 -80 °C 的 25%（v/v）甘油中，使用前需活化以
L. citreum 菌株的基因组特征及 WiKim0101 特异性基因的鉴定
能够区分添加菌株与本土群落成员的菌株特异性方法至关重要，而通过泛基因组分析鉴定菌株特异性基因对于实现准确的菌株水平鉴别具有重要意义（Eilers 等，2026；Rosconi 等，2022）。为通过比较基因组学分析鉴定 L. citreum WiKim0101 的菌株特异性基因，从 RefSeq 数据库中检索了 68 个 L. citreum 基因组序列（表 S1）。整体的工作流程为
结论
此前尚无研究利用比较基因组学鉴定独特基因并开发基于 ndPCR 的检测方法来对发酵剂进行菌株特异性检测。本研究证明，比较基因组学信息可以有效地转化为针对 L. citreum WiKim0101 的菌株特异性分子检测策略。特别地，在市售泡菜样品中检测到背景 L. citreum 群体的存在，同时未出现 WiKim0101 特异性扩增产物，这进一步
CRediT 作者贡献声明
Mi-Ju Kim：撰写——初稿撰写、概念化。Tae-Woon Kim：撰写——审阅与编辑、概念化。Kwangcheol Casey Jeong：撰写——审阅与编辑。Chan-Il Bae：数据管理。Hyeong-Rak Yoon：撰写——初稿撰写、方法论。Yoon-Soo Gwak：撰写——初稿撰写、方法论
未引用参考文献
Gwak 等，2025；Kim 等，2026；Kim 等，2025。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了京畿大学ES/IS 计划拨款的资助，以及世界泡菜研究所〔KEB2601-1-1〕的资助，该研究所由科学技术信息部提供资金支持。
Yoon-Soo Gwak|Hyeong-Rak Yoon|Chan-Il Bae|Kwangcheol C. Jeong|Tae-Woon Kim|Mi-Ju Kim
