乳桿菌噬菌體基因組學(xué)研究進(jìn)展

劉 穎，習(xí) 羽，范夢(mèng)茹，汪政煜，吳文茹，張和平，陳 霞*

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

乳桿菌噬菌體基因組學(xué)研究進(jìn)展

劉 穎，習(xí) 羽，范夢(mèng)茹，汪政煜，吳文茹，張和平，陳 霞*

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

隨著乳桿菌在乳品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，噬菌體污染對(duì)終產(chǎn)品造成的嚴(yán)重威脅日益增加。目前，噬菌體相關(guān)研究已從最初的形態(tài)學(xué)進(jìn)入到了分子水平。許多噬菌體的全基因組測(cè)序工作已經(jīng)完成。基因組研究有助于揭示噬菌體侵染宿主的機(jī)制，能挖掘其關(guān)鍵功能基因。本文基于乳桿菌噬菌體的基因組信息對(duì)主要乳桿菌噬菌體基因組的特征、功能基因組及比較基因組進(jìn)行了分析和概述，為進(jìn)一步研究噬菌體提供理論依據(jù)。

乳桿菌；噬菌體；基因組

噬菌體是細(xì)菌病毒，由于細(xì)菌分布廣泛，其噬菌體在自然界中也是一種普遍存在的生物實(shí)體。乳桿菌廣泛分布于自然界中，按照伯杰氏細(xì)菌學(xué)手冊(cè)中的生化分類(lèi)法，乳桿菌的生理生化特性為：革蘭氏染色陽(yáng)性、無(wú)芽孢，能分解糖產(chǎn)生乳酸，作為益生菌的主要成員。常見(jiàn)的乳桿菌包括德氏乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌和瑞士乳桿菌等[1]。

眾所周知，發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)和感官特性依賴(lài)于發(fā)酵劑菌株的穩(wěn)定性。發(fā)酵劑菌株一旦受到噬菌體侵染，則可能推遲發(fā)酵過(guò)程，改變產(chǎn)品質(zhì)量，甚至導(dǎo)致發(fā)酵失敗。因此，噬菌體侵染成為了乳品發(fā)酵業(yè)不可避免的問(wèn)題。此外，隨著益生菌市場(chǎng)份額的日益增加，噬菌體侵染益生菌也成為益生菌生產(chǎn)中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。另外，在乳酸菌的許多種屬中，溶源現(xiàn)象普遍存在。目前，已有研究證明從溶源菌株中釋放的噬菌體可能是乳品發(fā)酵中烈性噬菌體的主要來(lái)源之一[2]。因此，了解相關(guān)噬菌體生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)發(fā)育學(xué)和基因組學(xué)知識(shí)，有利于分析噬菌體與宿主的相互作用，選育抗性菌株，提高發(fā)酵穩(wěn)定性。

1 乳桿菌噬菌體基因組研究概況

由于噬菌體基因組較小、易測(cè)序，噬菌體基因組序列信息近10 年呈大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)。在乳酸菌噬菌體全基因組序列中乳球菌序列占絕大多數(shù)，而乳桿菌噬菌體全基因組序列信息較為有限。乳桿菌作為乳酸菌1 種，其噬菌體基因組均為雙鏈線性DNA分子。目前，已完成全基因組測(cè)序的乳桿菌噬菌體增至30 個(gè)左右，其GC含量變化范圍從37%（植物乳桿菌噬菌體LP65）至48%（植物乳桿菌噬菌體LL-H），接近寄主菌的GC含量（32.9%～49.7%）[3]，由此可以看出噬菌體與寄主間的關(guān)系密切。乳桿菌噬菌體基因組一般為30～50 kb，但個(gè)別較大。由表1可知，噬菌體Ld1基因組為74.81 kb；植物乳桿菌噬菌體LP65基因組為131.521 kb；副干酪乳桿菌噬菌體Lb338-1基因組為142.11 kb。

表1 乳桿菌噬菌體全基因組序列Table1 Complete genomic sequences of Lactobaciilllluuss phaaggeess

由表1可知，已完成全基因組測(cè)序的乳桿菌噬菌體數(shù)量增加。CL1、CL2、iLp84、iLp1308和iA2等全基因組信息是在近幾年公布的[6]。上述噬菌體均分離自副干酪乳桿菌，對(duì)其最初的研究?jī)H局限在生物學(xué)特性方面[6,29]。2010年，Capra等[29]對(duì)3 個(gè)副干酪乳桿菌溫和噬菌體iA2、CL1和CL2的特征進(jìn)行表述，未對(duì)其分子特性進(jìn)行研究。直至2015年，Mercanti等[6]才分析了5 個(gè)副干酪乳桿菌噬菌體（CL1、CL2、iLp84、iLp1308、iA2）的全基因組序列。研究表明這些噬菌體基因組大小為34 155（iA2）～39 474 bp（CL1），GC含量為44.8%～45.6%。此外，Mercanti等[6]指出了副干酪乳桿菌噬菌體的多樣性差異，提出噬菌體和其宿主間常常發(fā)生DNA交換。

2 主要乳桿菌噬菌體基因組學(xué)

2.1 德氏乳桿菌噬菌體基因組特征

德氏乳桿菌作為發(fā)酵劑普遍應(yīng)用在發(fā)酵乳制品生產(chǎn)中以完成產(chǎn)品發(fā)酵，提高終產(chǎn)品感官特性[30]?；贒NA同源性，通過(guò)基因雜交及比較基因組分析將德氏乳桿菌噬菌體分成5 個(gè)類(lèi)群（a、b、c、d、e）[8]。對(duì)a和c組德氏乳桿菌噬菌體研究最為廣泛。a組噬菌體LL-H最初于1972年被分離[31]，其全基因組序列和2 個(gè)不同轉(zhuǎn)錄階段的轉(zhuǎn)錄圖譜已被確定[27]。同樣，扁平頭部的溫和噬菌體JCL1032是c組德氏乳桿菌噬菌體的代表成員，該噬菌體已經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的研究，包括基因組測(cè)序[10]、基因的整合分析[32]和作為其受體的磷壁酸的識(shí)別[33]。

隨著分離頻率明顯增加，近期研究主要集中在b組噬菌體，如結(jié)構(gòu)蛋白已確定的噬菌體Ld3、Ld17、Ld25A[9]，而d組噬菌體仍處于被廣泛研究階段。Casey等[8]對(duì)噬菌體Ldl1的基因組和蛋白質(zhì)組特征論證后，發(fā)現(xiàn)該噬菌體不屬于已確定的德氏乳桿菌噬菌體組中任何一類(lèi)，通過(guò)創(chuàng)建蛋白質(zhì)樹(shù)，將其歸為新組即e組中，成為迄今為止該組的唯一成員。Ld1基因組為74 806 bp，有79 個(gè)ORF，GC含量為37.8%，具有與植物乳桿菌噬菌體B2和Sha1較為密切的關(guān)系，表明Ldl1也許與B2、Sha1具有共同宿主。

分離于乳清中的保加利亞乳桿菌噬菌體Ld17基因組為32 975 bp，GC含量為41.97%，有50 個(gè)ORF，與Ld3和Ld25A有97%和95%的序列一致性，并與噬菌體c5、LL-Ku和phiLdb基因組有高度序列一致性[12]。b組噬菌體大部分結(jié)構(gòu)模塊間是高度保守的，而Ld17在編碼產(chǎn)物ORF19Ld17和ORF20Ld17所代表的區(qū)域表現(xiàn)出與同組其他噬菌體顯著的差異。ORF19Ld17編碼產(chǎn)物，包含一個(gè)蛋白三聯(lián)體重復(fù)單元（G-X-Y）16和重復(fù)7 次的氨基酸三聯(lián)體甘氨酸-天冬氨-賴(lài)氨酸。研究表明該重復(fù)序列可促進(jìn)糖蛋白的結(jié)合[34]。ORF20Ld17編碼ClpP蛋白酶。噬菌體頭部蛋白比預(yù)計(jì)分子質(zhì)量低，可能由ClpP蛋白酶翻譯后的修飾作用引起的[9]。

2.2 發(fā)酵乳桿菌噬菌體基因組特征

發(fā)酵乳桿菌是專(zhuān)性異型發(fā)酵乳酸菌，參與很多傳統(tǒng)食品的自然發(fā)酵[35]。大多數(shù)菌株能產(chǎn)生細(xì)菌素并利用一些難消化的糖類(lèi)，發(fā)揮某些益生特性[36]。

發(fā)酵乳桿菌YB5是分離自中國(guó)酸奶，產(chǎn)細(xì)菌素的耐酸菌株[37]。Zhang Xiuhong等[38]經(jīng)絲裂霉素誘導(dǎo)獲得其溫和長(zhǎng)尾噬菌體ФPYB5，有一個(gè)pac-型包裝機(jī)制。該報(bào)道指出該噬菌體基因組為32 847 bp，GC含量為45.21%，其序列含有46 個(gè)ORFs其中25 個(gè)有確定功能?；騩rf15～orf18編碼產(chǎn)物分別為1 個(gè)細(xì)胞壁水解酶、2 個(gè)葡聚糖酶和1 個(gè)脂解蛋白，序列分析發(fā)現(xiàn)其與噬菌體—宿主相互作用是相關(guān)的，能在噬菌體吸附和侵入過(guò)程中發(fā)揮作用。噬菌體ФPYB5編碼一個(gè)由穴蛋白和細(xì)胞溶解酶組成的獨(dú)特裂解盒[2]。通常情況下，宿主細(xì)胞裂解依賴(lài)穴蛋白和細(xì)胞溶解酶作用，穴蛋白在細(xì)菌細(xì)胞膜上引起小孔，通過(guò)該小孔細(xì)胞溶解酶?jìng)鞯桨谫|(zhì)層。許多噬菌體典型穴蛋白有2 個(gè)或3 個(gè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域[39]。ФPYB5的穴蛋白只有一個(gè)跨膜區(qū)，并且在不存在穴蛋白情況下，細(xì)胞溶解酶的表達(dá)可能引起宿主細(xì)胞裂解[12]。以上研究暗示了細(xì)胞溶解酶有著一個(gè)特殊的輸出機(jī)制，但具體機(jī)理仍需進(jìn)一步分析[2]。

溫和噬菌體LF1是從野生型發(fā)酵乳桿菌經(jīng)絲裂霉素誘導(dǎo)獲得的[16]，透射電子顯微鏡形態(tài)分析顯示，LF1有等距的頭部和不能收縮的尾部，屬于長(zhǎng)尾噬菌體科。Yoon等[16]并對(duì)其基因組進(jìn)行研究，測(cè)序結(jié)果表明LF1含有1 條42 606 bp的雙鏈DNA，GC含量為45%，有57 個(gè)ORF。同源性分析表明其全基因組序列與噬菌體ФPYB5的核苷酸同源性為28%[2,38]。

2.3 干酪乳桿菌噬菌體基因組特征

侵染干酪乳桿菌的第一個(gè)噬菌體分離于日本[40]。最早研究的干酪乳桿菌噬菌體基因組是A2。這個(gè)長(zhǎng)尾溫和噬菌體能整合其基因組到干酪乳桿菌ATCC 27092中[41]。在基因組初端轉(zhuǎn)錄區(qū)域，有2 個(gè)啟動(dòng)子已被確定，其中啟動(dòng)子PL指導(dǎo)基因cI的表達(dá)（裂解循環(huán)阻遏物，lytic cycle repressor），啟動(dòng)子PR調(diào)停裂解功能和cro溶原阻遏物基因的轉(zhuǎn)錄[42-44]。噬菌體結(jié)合位點(diǎn)在裂解和溶原模塊之間，接近編碼整合酶基因orf20[45]。該噬菌體基因組存在2 個(gè)－1核糖體移碼翻譯[33,46]，分別產(chǎn)生了主要衣殼蛋白和尾部蛋白[47-48]。

噬菌體J-1是從益力多異常發(fā)酵產(chǎn)物中分離得到的，在抗噬菌體J-1的菌株用于飲料生產(chǎn)2 a后，噬菌體PL-1被分離[49]。起初日本研究組對(duì)該噬菌體做了大量研究，包括噬菌體形態(tài)，失活，細(xì)胞吸附，DNA注入和分解酶特性等[50-53]。Dieterle等[13,54]對(duì)噬菌體J-1和PL-1基因組序列和功能進(jìn)行了闡述，噬菌體J-1的DNA長(zhǎng)40 931 bp，噬菌體PL-1的DNA長(zhǎng)38 880 bp。GC含量分別是44.8%和44.9%。2 個(gè)噬菌體均有含10 個(gè)堿基的獨(dú)特黏性末端，該黏性末端是單鏈的3’延長(zhǎng)物（左端末尾為3’-CGGTCGGCCT），比之前Nakashima等[55]所描述的序列GAACGGTCGGCCTC短4 個(gè)堿基對(duì)。J-1基因組中含有63 個(gè)ORF，不含有tRNA基因。J-1和PL-1的基因產(chǎn)物gp16識(shí)別糖結(jié)構(gòu)，可結(jié)合到干酪乳桿菌細(xì)胞中，這暗示著gp16與宿主識(shí)別相關(guān)。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)L-鼠李糖的加入可以抑制兩者間的結(jié)合及噬菌體對(duì)細(xì)胞壁的吸附作用[54]。

2.4 植物乳桿菌噬菌體基因組特征

目前，已有6 株植物乳桿菌噬菌體基因組完成測(cè)序[14,15,20,21,56]。從植物原料中分離噬菌體phigle的基因組大小為42 259 bp，包含62 個(gè)ORF[21]。分離自朝鮮泡菜的噬菌體Sha1基因組為大小為41 726 bp，GC含量為40.6%[15]。分離自發(fā)酵黃瓜的噬菌體phiJL-1基因組大小為36 674 bp，GC含量為39.4%及52 個(gè)ORF[17]。分離自發(fā)酵肉的噬菌體LP65的基因組較大，為13 1573 bp，其GC含量為37.7%，有165 個(gè)ORF[20]。Marcó等[14]對(duì)分離自青貯玉米和厭氧污泥中的2 個(gè)植物乳桿菌烈性長(zhǎng)尾噬菌體ATCC 8014-B1（B1）和ATCC 8014-B2（B2）的基因組進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，pac-型噬菌體B1的線性雙鏈DNA基因組有38 002 bp，GC含量為47.6%，含有60 個(gè)ORF，覆蓋基因組長(zhǎng)度的93%。噬菌體B1基因組和植物乳桿菌噬菌體JL-1有77%的同源性。cos-型噬菌體B2雙鏈DNA基因組大小為80 618 bp，GC含量為36.9%，含有127 個(gè)ORF，覆蓋基因組長(zhǎng)度的87%。噬菌體B2的GC含量較低，與植物乳桿菌肌尾噬菌體LP65的GC含量相似[20]。在噬菌體B2中發(fā)現(xiàn)6 個(gè)tRNAs，但在B1中沒(méi)有。該6 個(gè)tRNAs位于B2基因組中的2 個(gè)區(qū)域（6 246～7 814 nt和42 308～42 522 nt），編碼產(chǎn)生天冬酰胺、亮氨酸、蛋氨酸、甘氨酸和精氨酸。tRNA的存在與噬菌體較大基因組聯(lián)系在一起的[56]。噬菌體B1基因組中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)溶原相關(guān)基因，證實(shí)了其烈性本質(zhì)。噬菌體B2中發(fā)現(xiàn)少數(shù)與前噬菌體相關(guān)的蛋白質(zhì)（Orf39、Orf43和Orf105），但噬菌體B2表現(xiàn)出烈性噬菌體的生長(zhǎng)特性。

2.5 瑞士乳桿菌噬菌體基因組特征

Zago等[23]對(duì)瑞氏乳桿菌噬菌體ΦA(chǔ)Q113的基因組特性進(jìn)行了研究。研究表明，該噬菌體的線型環(huán)狀雙鏈DNA基因組為36 566 bp，GC含量為37%。在瑞氏乳桿菌噬菌體ΦA(chǔ)Q113基因組中不存在黏性末端，DNA連接未能改變限制性圖譜，并提出ΦA(chǔ)Q113可利用pac-DNA包裝機(jī)制的假設(shè)。該噬菌體基因組大小與烈性長(zhǎng)尾植物乳桿菌噬菌體ФphiJL-1、鼠李糖乳桿菌噬菌體ΦLc-Nu和溫和肌尾格氏乳桿菌噬菌體ΦKC5a相似[12]。GC含量類(lèi)似于格氏乳桿菌噬菌體Φadh[57]。56 個(gè)ORF中約有90%被確定具有假定功能（DNA復(fù)制/修飾、DNA包裝、頭部及尾部形態(tài)形成等）。與此同時(shí)該研究小組發(fā)現(xiàn)ΦA(chǔ)Q113基因組與加氏乳桿菌噬菌體KC5a和約氏乳桿菌噬菌體Lj771基因組關(guān)系密切，尤其在包裝及尾部和頭部形態(tài)發(fā)生的基因模塊排列上與加氏乳桿菌和約氏乳桿菌噬菌體相似。ΦA(chǔ)Q113和這2 個(gè)噬菌體間的進(jìn)化相似性證實(shí)了它們可能來(lái)自于一個(gè)共同的祖先[23]。

3 乳桿菌噬菌體功能基因組學(xué)

繼乳桿菌噬菌體基因組測(cè)序完成后，利用基因組結(jié)構(gòu)所提供的信息及同源性比較，可預(yù)測(cè)ORF的功能[58]?；蚪M研究已確定了大量重要噬菌體侵染相關(guān)基因。研究表明[2,7.8,14,15,24,54]，噬菌體基因組是高度模塊化的，功能基因共同聚集在基因組結(jié)構(gòu)中，并在協(xié)調(diào)中被開(kāi)啟和關(guān)閉，基因組可能包括以下功能模塊：DNA包裝、形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞裂解與溶原模塊及DNA復(fù)制模塊，其中一些ORF編碼蛋白在噬菌體侵染過(guò)程中至關(guān)重要，如溶菌酶、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子、抗阻遏物、受體結(jié)合蛋白、DNA甲基化酶、毒素組分、末端酶亞基、細(xì)胞壁水解酶和尾部卷曲蛋白等。噬菌體ΦA(chǔ)Q113基因組中，ORF1、3、4的基因產(chǎn)物是噬菌體末端酶的大小亞基，與加氏乳桿菌噬菌體ФKC5a中的相似度在66%～83%間。表明這3 個(gè)蛋白質(zhì)參與噬菌體DNA包裝。ORF35編碼蛋白顯示出屬于裂解模塊基因的相似基因[23]，與瑞士乳桿菌溫和噬菌體Φ-0303的細(xì)胞內(nèi)溶素Mur-LH具有高度一致性（88%）[59]，并在其他瑞士乳桿菌噬菌體中也被檢測(cè)到，同源性達(dá)99%[60]。溫和噬菌體LBR48全基因組序列分析顯示尾部蛋白質(zhì)基因不是長(zhǎng)的，與許多乳品噬菌體尾部形態(tài)形成模塊不同，編碼一個(gè)很長(zhǎng)的多區(qū)域蛋白質(zhì)[61]。該尾絲是缺失的，與透射電子顯微鏡觀察相一致[7]。噬菌體Ldl1中ORF23Ldl1編碼的尾部卷曲蛋白（tape measure protein，TMP）包含結(jié)合肽聚糖的LysM（lysin motif）區(qū)域[62]和催化肽聚糖水解的轉(zhuǎn)糖苷酶區(qū)域，這2 個(gè)區(qū)域暗示出噬菌體侵染過(guò)程中TMP發(fā)揮重要及多功能作用并決定噬菌體尾部長(zhǎng)度。Ldl1包含溶原性遺傳因子和一個(gè)重組酶/整合酶基因，然而即使有溶原性O(shè)RF存在，Ldl1也未表現(xiàn)溶原特性，表明它也許是從溶原性噬菌體進(jìn)化的[8]。

噬菌體侵染周期的第一步是噬菌體吸附，吸附專(zhuān)一性取決于宿主菌株表面組分和噬菌體組分，受體和反受體。吸附第一階段是受體結(jié)合蛋白識(shí)別受體結(jié)合部位，該結(jié)合是可逆的，因此不能保證成功的噬菌體侵染；在第二階段，由于細(xì)菌與噬菌體表面蛋白質(zhì)的不可逆結(jié)合，噬菌體牢固地附著在細(xì)菌細(xì)胞上[63-64]?；蚪M研究揭示了噬菌體編碼受體結(jié)合蛋白的基因，如噬菌體Ldl1基因組中存在2 個(gè)可能的宿主識(shí)別蛋白基因ORF26Ldl1和ORF27Ldl1[8]。在革蘭氏陽(yáng)性菌中，肽聚糖、磷壁酸、脂磷壁酸和細(xì)胞膜相關(guān)蛋白已被報(bào)道為噬菌體受體分子[33,65]。Munsch-Alatossava等[66]提出并討論了噬菌體LL-H侵染乳酸乳桿菌ATCC 15808過(guò)程中相關(guān)的胞外噬菌體-宿主相互作用模型，即在噬菌體侵染的胞外階段，LL-H的反受體-乳酸乳桿菌ATCC 15808的脂磷壁酸相互作用模型并闡述德氏乳桿菌脂磷壁酸的結(jié)構(gòu)和噬菌體受體性質(zhì)，表明特有基因改變?nèi)缬绊懯删w受體分子結(jié)構(gòu)的自發(fā)突變可能阻止特定噬菌體吸附從而增加突變菌株對(duì)噬菌體的抗性。另外噬菌體與宿主菌的共同進(jìn)化可促進(jìn)突變發(fā)生，并且反受體基因突變可能改變這些突變噬菌體的宿主范圍。對(duì)噬菌體建立緊密聯(lián)系后，噬菌體將遺傳物質(zhì)注入細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中，衣殼留在細(xì)胞外[67]。烈性噬菌體通過(guò)改變宿主復(fù)制機(jī)制和代謝功能來(lái)復(fù)制自身的遺傳物質(zhì)并合成噬菌體編碼蛋白質(zhì)，產(chǎn)出豐富的子代噬菌體。然而某些溫和噬菌體在宿主中以休眠狀態(tài)進(jìn)入溶原性生命周期[63]。

4 比較基因組分析

部分乳桿菌噬菌體全基因組測(cè)序的完成，為不同乳桿菌噬菌體間全基因組比較提供了基礎(chǔ)。通過(guò)不同乳桿菌噬菌體種間（或種內(nèi)）的比較基因組學(xué)，發(fā)現(xiàn)不同種（或種內(nèi)不同類(lèi)型）乳桿菌噬菌體在基因組結(jié)構(gòu)上的差異、獲得噬菌體進(jìn)化的相關(guān)信息[68]。目前，比較基因組分析主要集中在長(zhǎng)尾噬菌體，因?yàn)閮H有7 個(gè)肌尾噬菌體的全基因組是可獲得的[5,7,20,22-23,25]。

Riipinen等[10]對(duì)德氏乳桿菌噬菌體LL-Ku、c5、JCL1032的基因組序列進(jìn)行了比較分析，得出同屬于b組噬菌體LL-Ku和c5的基因組顯示較高的核苷酸序列同源性。噬菌體LL-Ku和c5在時(shí)間和空間上是相隔孤立的，但基因組間是高度保守的。1950年早期，cos型乳酸乳桿菌噬菌體LL-Ku分離自芬蘭奶酪廠的乳清樣品中[69]。酸奶中產(chǎn)生的cos型保加利亞乳桿菌烈性噬菌體c5于1963年在法國(guó)被分離得到[70]。LL-Ku和c5蛋白質(zhì)組和基因組結(jié)構(gòu)幾乎是相同的，除DNA包裝模塊（g1c5/g2c5和g4LL-Ku）和復(fù)制模塊（g34c5）中3 個(gè)大小為859、678、470 bp的插入和缺失。比較序列分析表明插入、缺失和重組在LL-Ku和c5的多樣性中發(fā)揮了重要作用。點(diǎn)突變和小的插入和缺失會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致噬菌體的遺傳變異。JCL1032作為c組中的溫和噬菌體，其基因組包含功能性溶原模塊、2組Ⅰ型內(nèi)含子和尾部模塊，基因組遠(yuǎn)大于噬菌體LL-Ku和c5，且與LL-Ku和c5顯示出較低的DNA同源性[10]。Dieterle等[54]對(duì)分離自同一株干酪乳桿菌的噬菌體PL-1和J-1進(jìn)行基因組比較分析，數(shù)據(jù)表明這兩個(gè)噬菌體基因組幾乎是相同的，但與J-1相比，PL-1在基因切換區(qū)域有一個(gè)與免疫相關(guān)的大小為1.9 kb基因缺失，編碼特定尾部蛋白的基因也有所不同。和其他乳酸菌噬菌體核苷酸序列相比，噬菌體PL-1和J-1與噬菌體A2在包裝和結(jié)構(gòu)基因方面密切相關(guān)[71]。根據(jù)BLAST分析，發(fā)酵乳桿菌噬菌體LF1和ФPYB5的核苷酸一致性為28%[2,16]，包裝和結(jié)構(gòu)模塊的基因同源性較高。兩者DNA包裝區(qū)域的序列相似為93%，因此LF1和ФPYB5的基因組間有良好的基因鑲嵌關(guān)系[2]。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，研究領(lǐng)域?qū)θ闂U菌噬菌體研究取得了重大進(jìn)步，但仍滯后于其他噬菌體的研究。且國(guó)內(nèi)對(duì)乳桿菌噬菌體研究很少，這方面亟待加強(qiáng)。乳桿菌噬菌體分子水平上的研究揭示了其多樣性和進(jìn)化規(guī)律，根據(jù)基因組特點(diǎn)對(duì)乳桿菌噬菌體重新進(jìn)行了分類(lèi)及界定。隨著益生乳桿菌產(chǎn)品的增加，噬菌體相關(guān)的發(fā)酵、生產(chǎn)困難在未來(lái)將會(huì)增加。對(duì)新型噬菌體的特性進(jìn)行詳細(xì)闡明，包括它們的起源、進(jìn)化及與其他噬菌體的關(guān)系，都需以噬菌體全基因組為基礎(chǔ)。乳桿菌噬菌體的全基因組測(cè)序，為深入挖掘功能基因明確基因表達(dá)特點(diǎn)及系統(tǒng)闡述噬菌體增殖機(jī)制提供一種有效的研究手段。另外采用現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)宿主菌株進(jìn)行基因改造這可阻斷噬菌體對(duì)宿主菌的裂解作用，從而選育出抗噬菌體菌株，對(duì)有效預(yù)防噬菌體污染具有重要意義。

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Advances in Genomic Studies of Lactobacillus Phages

LIU Ying, XI Yu, FAN Mengru, WANG Zhengyu, WU Wenru, ZHANG Heping, CHEN Xia*
(Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering, Ministry of Education, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

With the extensive application of Lactobacilli for the dairy industry, phage contamination has posed an increasingly serious threat to the final products. Currently, phage research has evolved from the morphological to the molecular level. The full-length genomic sequences of many phages have been acquired. Genomic studies have contributed to revealing the infective mechanisms of phages and in turn exploring the key functional genes. In this paper, the genomic characteristics, functio nal genomics and comparative genomics of the major Lactobacillus phages published were analyzed, aiming to provide a theoretical basis for further exploration of phages.

Lactobacillus; phage; genomics

10.7506/spkx1002-6630-201703043

Q754

A

1002-6630（2017）03-0271-07

劉穎, 習(xí)羽, 范夢(mèng)茹, 等. 乳桿菌噬菌體基因組學(xué)研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(3)： 271-277. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201703043. http：//www.spkx.net.cn

LIU Ying, XI Yu, FAN Mengru, et al. Advances in genomic studies of Lactobacillus phages[J]. Food Science, 2017, 38(3)：271-277. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201703043. http：//www.spkx.net.cn

2016-03-18

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31301517）；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2013MS1207）

劉穎（1993—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槿槠飞锛夹g(shù)。E-mail：932845217@qq.com

*通信作者：陳霞（1982—），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槿槠飞锛夹g(shù)。E-mail：chenxia8280@163.com