乳杆菌是一类公认的益生菌,对人体的健康有极大的促进作用,如改善肠道菌群、增强免疫功能等。对乳杆菌的传统研究大部分往往基于理化实验抑或动物模型对其益生功能进行评价,而对内在的益生机理研究较少。随着基因组学的快速发展,测序技术不断升级且测序成本迅速下降,采用基因组学的方法研究微生物的基因功能变得越来越有效。基因组学可以从基因水平上研究乳杆菌的益生机理,这将为人类深入认识和了解乳杆菌揭开新的篇章。由于抗生素的广泛大量使用甚至滥用,超级抗药细菌越来越多,有必要发展新型抑菌物质来替代或部分替代抗生素,而细菌素有良好的潜质,乳杆菌细菌素是目前研究较多的一类细菌素。传统的细菌素研究方法大都从乳酸菌发酵液中分离纯化出抑菌活性物质,并对其进行结构和抗菌活性等功能鉴定,此方法繁琐且具有一定的随机性。随着越来越多的微生物基因组被测序,根据各类细菌素的结构特点,采用生物信息学方法从微生物全基因组序列信息中挖掘潜在细菌素基因已成为新型细菌素开发越来越有效的技术之一。本研究采用第二代高通量测序技术对实验室前期从热带芒果果实中筛选到的具有优良益生功能的一株植物乳杆菌L.plantarum FMNP01进行全基因组测序,采用生物信息学方法对全基因组序列进行分析,并将植物乳杆菌L.plantarum FMNP01的全基因组序列与实验室已经完成的全基因组测序的另一株乳杆菌L.sp FMNP02进行比较基因组学分析,以揭示这两株乳杆菌在分子进化、细菌素生物合成、蛋白质水解系统、糖代谢方面的基因组学机理。同时。采用实验生物学方法对这两株乳杆菌基因组中的潜在细菌素生物合成基因进行功能解析和鉴定。主要研究结果如下:(1)植物乳杆菌L.plantarum FMNP01全基因组测序结果表明,FMNP01菌株的基因组大小为3,313,644 bp,GC含量44.48%,共4个Scaffolds,18个Contigs。预测基因组含有3,147个基因,总长度为2,773,584 bp,占基因组全长的83.70%,平均基因长度881 bp,有64个tRNA,16个rRNA。(2)植物乳杆菌L.plantarum FMNP01和乳杆菌L.sp FMNP02的全基因组基本特征比较分析和基于16s rRNA序列构建的系统发生树分析结果表明,这两株乳杆菌的进化关系在乳杆菌属内相对较远,L.plantarum FMNP01与L.kimchii较为近缘,而L.sp FMNP02与L.casei较为近缘。(3)采用基因同源性和共线性分析方法对L.plantarum FMNP01和L.sp FMNP02进行比较分析,结果显示两者仅仅有1459个基因具有同源性,L.plantarum FMNP01有1688个基因为其特有,而L.sp FMNP02有1632个基因为其特有,说明两株乳杆菌之间的差异性较大,有近一半的基因为自己特有基因。共线性分析结果与基因同源性分析结果相符。(4)对L.plantarum FMNP01和L.sp FMNP02蛋白水解相关基因进行比较分析,结果显示L.sp FMNP02的肽类转运系统和肽酶数量均要多于L.plantarum FMNP01,推测L.sp FMNP02的蛋白水解能力要强于L.plantarum FMNP01。(5)对L.plantarum FMNP01和L.sp FMNP02的糖代谢相关基因进行分析,发现两者均编码大量的PTS转运系统蛋白,其中L.plantarum FMNP01编码58个,L.sp FMNP02编码69个。对L.plantarum FMNP01和L.sp FMNP02的糖转运PTS系统蛋白的分类进行了对比,结果显示L.plantarum FMNP01和L.sp FMNP02的PTS系统蛋白存在较大差异。(6)对L.plantarum FMNP01植物乳杆菌素的细菌素生物合成相关基因簇进行挖掘,发现L.plantarum FMNP01基因组中存在植物乳杆菌素的细菌素生物合成基因簇。该基因簇与植物乳杆菌WCFS1菌株的植物乳杆菌素生物合成基因簇对比分析结果表明,L.plantarumFMNP01的植物乳杆菌素生物合成基因簇比L.plantarumWCFS1菌株的植物乳杆菌素生物合成基因簇少了四个基因,分别是plnQ、plnI、plnF和plnS。采用大肠杆菌外源基因表达系统BL21[pET-32a(+)]表达L.plantarum FMNP01菌株的Ⅱb类细菌素植物乳杆菌素PlnJK,没有抑菌活性。(7)对L.sp FMNP02进行了Ⅱ类细菌素的基因挖掘,得到28个潜在的Ⅱ类细菌素基因序列。采用大肠杆菌外源基因表达系统BL21[pET-28a(+)]对L.sp FMNP02菌株基因组中潜在Ⅱb类细菌素基因序列F1和F2进行表达,F1基因表达产物F1-28a能够抑制副溶血弧菌等,F2基因表达产物F2-28a能够抑制大肠杆菌等。