Carotenoid production in Lactobacillus plantarum
- 作者
- Juan Garrido-Fernández, Antonio Maldonado-Barragán, Belén Caballero-Guerrero, Dámaso Hornero-Méndez, José Luis Ruiz-Barba
- 单位
- Departamento de Biotecnología de Alimentos, Instituto de la Grasa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Avda. Padre García Tejero, 4; Aptdo. 1078; 41012 Seville, Spain
- 杂志
- International Journal of Food Microbiology（2010）
- DOI
- 10.1016/j.ijfoodmicro.2010.02.015
- 所属领域
- 食品微生物学 / 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
植物乳杆菌中黄色色素的化学本质及C30类胡萝卜素生物合成途径的存在与功能尚不明确，需要系统鉴定菌株的产色素能力并解析相关基因。
研究策略
从不同来源筛选18株植物乳杆菌，通过HPLC定量类胡萝卜素产量，利用PCR检测crtM/crtN基因，对最高产菌株进行crtNM操纵子DNA测序，并通过同源性比对和化学分析鉴定色素结构与基因功能。
核心内容
本研究系统鉴定了18株不同来源的植物乳杆菌产类胡萝卜素的能力及其生物合成途径。通过HPLC定量分析发现，大多数菌株均能合成C30类胡萝卜素4,4'-diaponeurosporene，产量范围为1.8–54 mg/kg干重，其中最高产菌株CECT7531产量达54.55 mg/kg DCW。色素在保留时间14.8分钟处出现特征吸收峰（416/438/468 nm），质谱m/z 403与C30H42分子式吻合。研究还考察了培养条件的影响，发现培养24小时产量最高，CECT4185在24小时为29.79 mg/kg，72小时降至2.61 mg/kg；DM1培养基较DM2更有利于色素积累。PCR和DNA测序证实所有菌株均携带crtM和crtN基因，与WCFS1序列一致性高达99.0%，蛋白同源性分别为99.0%和99.6%，表明该C30类胡萝卜素合成途径在植物乳杆菌中普遍存在且高度保守。这一发现揭示了类胡萝卜素可能在菌株环境适应性中发挥重要作用，高产生菌株可作为益生菌或食品发酵剂以增加抗氧化物质供给。
创新点
首次系统证明植物乳杆菌中C30类胡萝卜素（4,4'-diaponeurosporene）合成途径的普遍存在；通过PCR和测序证实所有菌株均携带crtM/crtN操纵子，并揭示基因功能及高度保守性。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Lactobacillus plantarum（植物乳杆菌） | C30类胡萝卜素生物合成途径 | crtM | CrtM（dehydroisoprenane synthase，脱氢异戊二烯合成酶） | 催化 | 催化两分子FPP头对头缩合生成无色C30类胡萝卜素dehydroisoprenane（diaphophtone） |
| Lactobacillus plantarum（植物乳杆菌） | C30类胡萝卜素生物合成途径 | crtN | CrtN（dehydroisoprenane desaturase，脱氢异戊二烯脱饱和酶） | 催化 | 催化dehydroisoprenane连续三次脱氢生成4,4'-diaponeurosporene，中间产物为diaphophtofluene和diapo-ξ-carotene |
关键发现
- 18株植物乳杆菌中大部分产生C30类胡萝卜素4,4'-diaponeurosporene，产量范围1.8-54 mg/kg干重
- 最高产菌株CECT7531产量为54.55 mg/kg DCW，CECT4185为29.79 mg/kg，LPT70/3为29.74 mg/kg
- 培养基中DM1产量最高（54.55 mg/kg），DM2最低（18.79 mg/kg）
- 培养24h产量最高，CECT4185在24h为29.79 mg/kg，72h降至2.61 mg/kg
- 主色素保留时间14.8min，吸收峰416/438/468nm，质谱m/z403（C30H42）
- crtM和crtN基因与WCFS1序列一致性99.0%，蛋白同源性分别为99.0%和99.6%
- crtM编码dehydroisoprenane synthase（与金黄色葡萄球菌同源蛋白30.5%一致性），crtN编码dehydroisoprenane desaturase（46%一致性）。
研究结论
植物乳杆菌中C30类胡萝卜素生物合成途径由crtNM操纵子驱动且普遍存在，基因高度保守；类胡萝卜素可能在菌株环境适应性中发挥重要作用，高产生菌株可作为益生菌或食品发酵剂以增加抗氧化物质供给。