2025-05-25
研究對象(xiang)：酒醅
研究方法：宏基因組
發表期刊(kan)：Bioresource Technology
發表時間：2025年5月
影響因(yin)子：9.7
文(wen)章亮點
1. 構建(jian)首個(ge)全面的(de)白酒發酵微生(sheng)物基因(yin)目錄
研(yan)究(jiu)團隊系(xi)統收(shou)集了茅臺酒(jiu)發(fa)酵(jiao)過程中下沙至第(di)五輪（Round5）的335個發(fa)酵(jiao)谷物樣本，通(tong)過宏(hong)基(ji)因(yin)組(zu)(zu)測序和(he)(he)生(sheng)物信息學(xue)分析(xi)，構建了茅臺發(fa)酵(jiao)谷物微(wei)生(sheng)物組(zu)(zu)目錄(lu)（MTFGC）。該目錄(lu)包含(han)8,379,551個非冗余基(ji)因(yin)和(he)(he)5,159個宏(hong)基(ji)因(yin)組(zu)(zu)組(zu)(zu)裝(zhuang)基(ji)因(yin)組(zu)(zu)（MAGs），其中約20%的物種(zhong)(zhong)和(he)(he)基(ji)因(yin)為新發(fa)現，填補了傳(chuan)統發(fa)酵(jiao)食(shi)品微(wei)生(sheng)物遺傳(chuan)資源的空白。此外，MTFGC中69.74%的基(ji)因(yin)組(zu)(zu)為發(fa)酵(jiao)階段(duan)特(te)異性(xing)(xing)，且與公共數據庫（如GEM、iHMP）的物種(zhong)(zhong)重疊率僅為40.28%，突(tu)顯(xian)其生(sheng)態(tai)獨(du)特(te)性(xing)(xing)。
2. 揭示微生物群落動(dong)態規律與代(dai)謝(xie)關聯
研究發(fa)現(xian)，微(wei)生物(wu)群落的組裝呈現(xian)確定性過程，早期階段（下沙(sha)至Round1）物(wu)種和基因(yin)變化顯著(zhu)，后(hou)期（Round2-5）趨(qu)于穩(wen)定。代謝物(wu)動態與微(wei)生物(wu)演替高度相關，例如淀粉(fen)在發(fa)酵(jiao)初期被快速消耗，總酸(suan)和乳酸(suan)逐漸增(zeng)加，而乙(yi)醇含量(liang)保持(chi)穩(wen)定。這(zhe)一(yi)發(fa)現(xian)為理解微(wei)生物(wu)如何協同驅(qu)動發(fa)酵(jiao)進(jin)程提供了關鍵證據。
3. 解(jie)析(xi)生(sheng)物合(he)成基因(yin)簇（BGCs）的功能(neng)潛(qian)力
研究鑒(jian)定了(le)25,625個(ge)BGCs，并發現28個(ge)與(yu)風味相(xiang)關(guan)的BGC富集物(wu)(wu)種。例如，地(di)(di)衣芽(ya)孢(bao)桿菌（Bacillus licheniformis）通過BGC合(he)成(cheng)脂肽類物(wu)(wu)質(zhi)地(di)(di)衣素（lichenysin），敲除(chu)實(shi)驗證實(shi)其對白酒香(xiang)氣(qi)形成(cheng)具(ju)有重(zhong)要(yao)作用。這(zhe)為(wei)定向調控風味物(wu)(wu)質(zhi)合(he)成(cheng)提供了(le)理論(lun)依據。
4. 推動傳(chuan)統工藝向精準發酵(jiao)轉型
MTFGC的構(gou)建不僅為傳統(tong)發酵(jiao)的微(wei)生物功能研究(jiu)提供(gong)了數據基礎，還通過揭示微(wei)生物的高(gao)代謝潛力，助力合成(cheng)生物學驅動的精準(zhun)發酵(jiao)技術發展。例(li)如，研究(jiu)提出(chu)的數據驅動發酵(jiao)劑設(she)計思路，可優化菌群配比以(yi)提高(gao)生產效率和產品一致性。
5. 多維度技術(shu)整合與樣本(ben)代表性
研究采(cai)用系統采(cai)樣(yang)策略(lve)（覆蓋3個(ge)車間、2個(ge)發(fa)酵堆(dui)的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)學重復），結合高(gao)通量測序、氣(qi)相色譜(pu)-質譜(pu)聯用等技(ji)術，全面解(jie)析微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)與代(dai)謝(xie)物(wu)(wu)的(de)(de)時空變化。此外(wai)，通過對比窖池老(lao)(lao)熟標志物(wu)(wu)（如己酸菌屬的(de)(de)豐(feng)度差異），驗證(zheng)了(le)老(lao)(lao)窖池微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)群落的(de)(de)穩定性與功能優勢。
研究背景
發酵食(shi)品(pin)為全球提供了(le)安全環保且營養(yang)豐富的食(shi)物，約占全球食(shi)品(pin)消費的三分之一。
白酒作為中(zhong)國特有(you)的傳(chuan)統發(fa)酵飲品，其獨(du)特的風味和品質高度依(yi)賴于(yu)自然發(fa)酵過程中(zhong)微生物(wu)群落的相互作用。然而，傳(chuan)統發(fa)酵工藝(yi)中(zhong)的微生物(wu)多樣性(xing)及其代謝功能長期以來缺乏系統性(xing)解析，這限(xian)制了工藝(yi)優化(hua)與品質提升的科(ke)學化(hua)進程。
傳統白酒發酵依賴窖泥、酒曲等環境中(zhong)的自然微(wei)生物群(qun)落(luo)，這些(xie)微(wei)生物通過復雜的代謝網絡(luo)合(he)成風味化(hua)合(he)物（如酯(zhi)類、酸類等），但其具(ju)體(ti)功能(neng)基因與進化(hua)機制尚(shang)不明確(que)。
研究結果
通過(guo)宏基(ji)因(yin)組(zu)(zu)測序分(fen)析技術，系統解析了(le)傳統白酒釀造(zao)過(guo)程中的(de)微生(sheng)物(wu)(wu)組(zu)(zu)特(te)征，構建了(le)包含8,379,551個非冗余基(ji)因(yin)和5,159個微生(sheng)物(wu)(wu)基(ji)因(yin)組(zu)(zu)的(de)資源庫。該(gai)研(yan)究發(fa)現(xian)其(qi)中超過(guo)20%的(de)新物(wu)(wu)種(zhong)和新基(ji)因(yin)。
研究揭(jie)示了白酒發酵過(guo)程中(zhong)微(wei)生物(wu)群落的組裝(zhuang)機制由確定性過(guo)程主導：發酵初(chu)期微(wei)生物(wu)種類和(he)基因隨著發酵輪次動態變化，而后(hou)期逐漸穩定。
在(zai)白酒(jiu)微生(sheng)物組目錄中(zhong)鑒定(ding)出25,625個生(sheng)物合成基因簇(cu)（Biosynthetic gene cluster，BGCs），并鑒定(ding)到以(yi)芽孢桿(gan)菌屬(shu)等為代表的28種富含BGCs的功能微生(sheng)物。
通過(guo)實驗(yan)證實了地(di)衣芽孢(bao)桿菌(jun)（Bacillus licheniformis）利(li)用(yong)其BGCs合(he)成與白(bai)酒風味物(wu)質密切相(xiang)關的脂肽類物(wu)質地(di)衣素（lichenysin）。
發酵過程中(zhong)微生物(wu)組(zu)目錄構建與(yu)動態變(bian)化(hua)規律(lv)解析
白酒發酵過程中(zhong)構(gou)建微(wei)生物資源的流程圖(tu)和關鍵結果
酒醅微生(sheng)物群落在(zai)不同發酵(jiao)階段(duan)的動態變化與組裝過程(cheng)模式
發酵(jiao)微(wei)生物(wu)基因組種水平(ping)聚類及其在發酵(jiao)階段(duan)的分布特征
發酵微生物基因組的系統發育(yu)多樣性及其生物合(he)成基因簇特征
白酒(jiu)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)群落生(sheng)(sheng)物(wu)合成潛力解(jie)析
參考文獻：Zhu X, Chen L, Yang P, Luo S, Teng M, Zhu W, Li Y, Zhao D, Wang N, Chen X, Cheng M, Tu H, Huang W, Yang F, Wang L, Liu X, Ning K. Microbiome catalog and dynamics of the Chinese liquor fermentation process. Bioresour Technol. 2025 Sep;431:132620. doi: 10.1016/j.biortech.2025.132620. Epub 2025 May 5. PMID: 40334798.
