陳德純 周晏陽(yáng) 周 瀧 楊發(fā)龍 湯 承

(西南民族大學(xué) 畜牧獸醫(yī)學(xué)院，成都 610041)

乳酸菌(Lactic acid bacteria)是一種能夠產(chǎn)生乳酸的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，廣泛存在于自然界中，乳酸菌功能包括維持機(jī)體微生態(tài)平衡，抑制致病菌在宿主體內(nèi)定植，并且能夠保護(hù)腸道粘膜完整性的作用[1]乳酸菌還可以提高機(jī)體免疫，通過激活腸道黏膜免疫反應(yīng)，提高機(jī)體對(duì)致病菌的反應(yīng)活性[2]。乳桿菌屬(LactobacillusBeijerinck)是乳酸菌中數(shù)量最多的屬分類，也是目前為止人類研究最多和應(yīng)用最廣的一類益生菌。乳酸菌代謝過程中產(chǎn)生的細(xì)菌素為無毒副作用和耐藥性的生物活性的多肽[3]。細(xì)菌素獨(dú)特的的抗菌活性，有望在臨床抗感染領(lǐng)域發(fā)揮一定的作用?；谌樗釛U菌的特異性功效，越來越多的研究表明，乳酸菌是一種未來的抗生素替代品[4-5]。

全基因組測(cè)序(Whole-genome sequencing，WGS)可將細(xì)菌的完整基因組序列全部測(cè)序出來的技術(shù)，通過基因組序列的分析和基因功能分析(包括GO、KEGG、COG和NR等)，更好地理解同屬種之間的差異。全基因組測(cè)序技術(shù)已成為了一種高效檢測(cè)手段，目前該技術(shù)已經(jīng)在腸道菌群、土壤和真菌[6-8]微生物群落的分析鑒定中得到了應(yīng)用。在深入挖掘核心基因組、鑒定特異基因以及功能基因組學(xué)研究方面具有重要的意義，為探究未知微生物類群多樣性和生物學(xué)特性的重要手段。

乳酸菌能夠調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡，在機(jī)體內(nèi)起到抑制致病菌的作用，在治療疾病方面具有代替?zhèn)鹘y(tǒng)抗生素的潛力。長(zhǎng)久以來人們一直致力于尋找能夠替代抗生素的益生菌。盡管很多研究表明乳桿菌在動(dòng)物腸道能夠起到一定抑制致病菌的作用，但其在動(dòng)物腸道疾病的治療應(yīng)用上還很不成熟，并且乳桿菌在動(dòng)物體內(nèi)的具體作用機(jī)制仍不清楚。基于本課題組前期從牦牛糞便中分離出一株具有耐酸耐膽鹽特性的植物乳桿菌SWUN5815，研究表明其具有較強(qiáng)的抗菌活性，可增強(qiáng)小鼠的腸道免疫能力[9]，是一種潛在的具有抗生素替代功能的益生菌，但其具體機(jī)體作用機(jī)制尚不清楚。針對(duì)此乳酸桿菌菌株，尚未從基因組水平揭示和闡釋其功能基因和代謝通路信息。因此，本研究采用PacBio RSII測(cè)序平臺(tái)對(duì)乳桿菌SWUN5815進(jìn)行全基因組測(cè)序分析和GO、KEGG、COG和NR數(shù)據(jù)庫(kù)基因組基本功能注釋，從基因組水平進(jìn)一步揭示該株乳桿菌的功能關(guān)鍵基因和代謝通路信息，為該菌株在尋找腸道抗生素替代品和食品添加劑的開發(fā)等方面的研究提供科學(xué)指導(dǎo)和生產(chǎn)實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1菌株

牦牛源植物乳桿菌SWUN5815為西南民族大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院臨床獸醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)從川西北牦牛糞便中分離和篩選獲得[10]。

1.1.2相關(guān)試劑和儀器設(shè)備

乳酸細(xì)菌(MRS)固體培養(yǎng)基和MRS肉湯培養(yǎng)基(杭州微生物試劑有限公司)，細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒(DP302，天根生化科技(北京)有限公司)。

Pacbio測(cè)序儀(Pacbio RSII，Pacific Biosciences，USA)，PCR儀(ABI GeneAmp?9700，ABI，USA)，生化培養(yǎng)箱(上海一恒科技有限公司，中國(guó))。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1牦牛源植物乳桿菌SWUN5815基因組DNA的提取

冷凍保存的SWUN5815菌株在MRS固體培養(yǎng)基涂板進(jìn)行活化復(fù)蘇培養(yǎng)，再挑取單個(gè)菌落接種到MRS液體培養(yǎng)基中純化。培養(yǎng)12 h后提取細(xì)菌DNA，依據(jù)天根生化試劑盒說明書進(jìn)行操作。純化的基因組DNA采用分光光度計(jì)檢測(cè)進(jìn)行定量。高質(zhì)量的DNA(OD260/OD280在1.8～2.0，質(zhì)量濃度≥20 ng/μL)用于后續(xù)的建庫(kù)測(cè)序。

1.2.2文庫(kù)構(gòu)建及庫(kù)檢

測(cè)序委托北京諾禾致源科技股份有限公司完成。質(zhì)檢合格的菌株DNA樣品經(jīng)Covaris g-TUBE剪切成小片段DNA。受損的DNA經(jīng)修復(fù)后用DNA黏合酶連接接頭，使用AMpure PB磁珠對(duì)DNA片段進(jìn)行純化，并構(gòu)建SMRT Bell文庫(kù)。Buffer溶解，經(jīng)片段篩BluePipin后分成固定大小片段，再次使用AMpure PB磁珠進(jìn)行純化。二次得到的文庫(kù)使用Qubit進(jìn)行濃度測(cè)定，Agilent 2 100對(duì)文庫(kù)質(zhì)量質(zhì)檢。采用第3代測(cè)序儀PacBioRS II對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序。

1.2.3生物信息分析

過濾除掉低質(zhì)量的reads后的clean date進(jìn)行基因組組裝，包含菌株的基因組基因情況的序列文件進(jìn)行評(píng)價(jià)；分析菌株基因組成分，涉及編碼基因(http:∥topaz.gatech.edu/GeneMark/)、重復(fù)序列及滾環(huán)(http:∥topaz.gatech.edu/GeneMark/)、tRNA(http:∥lowelab.ucsc.edu/tRNAscan-SE/)等基因成分的分析；然后對(duì)編碼基因進(jìn)行功能注釋，包含的數(shù)據(jù)庫(kù)有GO數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥geneontology.org/)、KEGG(https:∥www.genome.jp/kegg/)、COG數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/COG/)、針對(duì)病原微生物的數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥ardb.cbcb.umd.edu/)和NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)(https:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/)；Treebest(Version 1.9.2)軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹。從基因組和基因兩層面分別比較樣品與參考基因組的差異；呈現(xiàn)基因組組分分析結(jié)果和功能注釋結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物乳桿菌SWUN5815基因組組裝

通過PacBio RSII測(cè)序平臺(tái)，對(duì)植物乳桿菌SWUN5815進(jìn)行了完成圖測(cè)序，測(cè)序及預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。SWUN5815染色體基因組組成為一個(gè)環(huán)狀基因組，大小為3.27 Mb，GC含量為44.59%。SWUN5815存在多個(gè)質(zhì)粒。GeneMarkS軟件對(duì)乳桿菌的基因組進(jìn)行編碼基因預(yù)測(cè)，獲知SWUN5815的基因組有3 258個(gè)編碼基因，總長(zhǎng)度為2 814 147 bp，平均長(zhǎng)度864 bp，占基因組的84.13%。植物乳桿菌SWUN5815全基因組中轉(zhuǎn)座子的數(shù)量為64個(gè)，總長(zhǎng)度為5 180 bp，平均長(zhǎng)度為91 bp。長(zhǎng)散在重復(fù)序列有34個(gè)，總長(zhǎng)度為2 252 bp，占基因組的0.067 3%，平均長(zhǎng)度為71 bp。短散在重復(fù)序列有10個(gè)，總長(zhǎng)度為627 bp，平均長(zhǎng)度為63 bp。滾環(huán)有3個(gè)，總長(zhǎng)度為200 bp。植物乳桿菌SWUN5815基因組中含有69個(gè)tRNA，平均長(zhǎng)度為77 bp，總長(zhǎng)度為5 314 bp。基因島的數(shù)量為12個(gè)，長(zhǎng)度為152 316 bp。

表1 植物乳桿菌SWUN5815基因組統(tǒng)計(jì)Table 1 Genome statistics of SWUN5815

2.2 植物乳桿菌SWUN5815基因組組分分析

由圖1可以看出，SWUN5815基因組圈圖最外圈是基因組序列位置坐標(biāo)。自外向內(nèi)分別是編碼基因、基因功能注釋結(jié)果(依次為COG、KEGG和GO數(shù)據(jù)庫(kù)的注釋結(jié)果信息)、ncRNA、基因組GC含量和基因組GC skew值分布。編碼基因和基因功能注釋結(jié)果包括外側(cè)的正鏈和內(nèi)側(cè)的反鏈組成。

最外圈的編碼基因顯示基因總長(zhǎng)度為2 172 224 bp；第2圈為正鏈和負(fù)鏈的CDS(編碼序列)區(qū)域，不同的顏色代表不同的COG功能分類，編碼基因的數(shù)量為3 258個(gè)，其中COG注釋的基因?yàn)? 386個(gè)，占編碼基因的73.23%，涉及的分類包括新陳代謝、信息存儲(chǔ)與處理、細(xì)胞作用與信號(hào)傳遞和無明顯特征4個(gè)大分類，并在22個(gè)類型上包括轉(zhuǎn)錄、碳水化合物運(yùn)輸和代謝、氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝等得到了注釋；第3圈為正鏈和負(fù)鏈的CDS，不同的顏色代表不同的KEGG功能分類，1 144個(gè)基因分別在6大功能32個(gè)通路上得到功能注釋；第4圈為正鏈和負(fù)鏈的CDS，不同的顏色代表不同的GO功能分類，共獲得2 231個(gè)基因注釋，注釋得到41種功能特性；第5圈為ncRNA；第6圈為GC含量，向外的顏色代表GC含量高于全基因組平均GC含量，反之向內(nèi)的顏色表示GC含量低于全基因組平均GC含量，峰值的絕對(duì)值表示兩者的差異；第7圈為GC-Skew值，正值代表正鏈易于轉(zhuǎn)錄為CDS，反之，負(fù)值時(shí)負(fù)鏈易于轉(zhuǎn)錄為CDS?；蚪M圈圖可以直觀的認(rèn)識(shí)菌株基因組分布。

圖1 植物乳桿菌SWUN5815全基因組圖譜Fig.1 Genome map of SWUN5815

2.3 植物乳桿菌SWUN5815基因功能分析

對(duì)預(yù)測(cè)得到的編碼基因進(jìn)行基礎(chǔ)的功能注釋，與數(shù)據(jù)庫(kù)GO、KEGG、COG和NR等。SWUN5815基因組中所有基因能夠注釋到GO信息的基因數(shù)目為2 231個(gè)，可注釋到COG信息的基因數(shù)目為2 386個(gè)，與KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)能夠定位到具體Pathway的基因數(shù)目有1 762個(gè)。

表2 植物乳桿菌SWUN5815基因功能統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Statistical function analysis of SWUN5815

2.3.1GO(GeneOntology)數(shù)據(jù)庫(kù)注釋

GO為基因功能描述的分類系統(tǒng)，包括三大類：分子功能(Molecular function，簡(jiǎn)稱MF)、細(xì)胞組分(Cellular component，簡(jiǎn)稱CC)和生物過程(Biological process，簡(jiǎn)稱BP)。植物乳桿菌SWUN5815在GO數(shù)據(jù)庫(kù)三大類統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示：GO分類中共有2 231個(gè)基因進(jìn)行了注釋，注釋得到41種功能分類。其中MF中基因數(shù)量參與最多的前三位是催化活性、結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)活性；CC中細(xì)胞、細(xì)胞部分和高分子絡(luò)合物是基因數(shù)量最多的功能注釋；BP得到功能注釋最多的前三位是代謝過程、細(xì)胞過程和定位。與抗氧化活性相關(guān)的基因包括GM00057、GM000185、GM000750、GM002948和GM003068。參與免疫系統(tǒng)過程的基因涉及GM001449和GM003206。

圖2 植物乳桿菌SWUN5815基因功能注釋GO功能分類Fig.2 GO function classification map of SWUN5815

2.3.2KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)注釋

植物乳桿菌SWUN5815的氨基酸序列，與KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，把目標(biāo)物種的基因和其相對(duì)應(yīng)的功能注釋信息結(jié)合起來，得到注釋結(jié)果。SWUN5815菌株在KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中共有1 144個(gè)基因分別在細(xì)胞過程、環(huán)境信息處理、遺傳信息處理、人類疾病、新陳代謝和生物體系統(tǒng)6大功能32個(gè)通路上得到功能注釋，結(jié)果如圖3所示。

注釋中涉及的代謝通路總數(shù)以及參與每個(gè)代謝通路的基因組數(shù)目，分析發(fā)現(xiàn)在代謝途徑、環(huán)境信息處理和遺傳信息處理得到較多的基因功能注釋。其中1 049個(gè)基因在代謝通路上得到注釋，12個(gè)代謝通路中，碳水化合物代謝相關(guān)的基因?yàn)?23個(gè)，占代謝通路注釋基因(1 049)的21.26%。195個(gè)基因在環(huán)境信息處理層面得到注釋，其中與膜運(yùn)輸相關(guān)的基因?yàn)?36個(gè)，與信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的基因59個(gè)。

其中細(xì)菌素和免疫相關(guān)基因的Pathway通路信息及其Pathway ID如表3所示。SWUN5815基因組中包含了參與抗生素、生物降解等代謝過程基因；可調(diào)控免疫和炎癥的通路(包括PPAR和RIG-I樣受體通路)的組織系統(tǒng)通路相關(guān)基因；可調(diào)節(jié)人類疾病的金黃色葡萄球菌感染的map05150有4種相關(guān)基因，包括GM001668、GM001141、GM001666和GM000529，在感染疾病通路水平上參與拮抗金黃色葡萄球菌感染。

GM000962基因參與原核生物糖代謝調(diào)控中，作用于萬古霉素類抗生素的生物合成。SWUN5815中GM000328和GM000663參與PPARs信號(hào)通路的調(diào)控。乳桿菌SWUN5815中含有1個(gè)基因GM000137參與RIG-I樣受體(維甲酸誘導(dǎo)基因I)信號(hào)通路的調(diào)控中。

2.3.3COG數(shù)據(jù)庫(kù)注釋

COG蛋白數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)細(xì)菌完整基因組的編碼蛋白系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系分類，并將每個(gè)蛋白序列注釋到相應(yīng)的同源序列構(gòu)成的COG簇中。

注釋得知植物乳桿菌SWUN5815含有合成MFS型轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能(Atg22 family)的序列，位于基因編號(hào)是GM002542。合成膜蛋白Yag U的功能序列(DUF1440 family)，基因組編號(hào)是GM002449。還包含4個(gè)合成ABC型抗菌肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的功能序列，基因組編號(hào)分別是GM000256、GM002379、GM002450和GM002479。

圖3 植物乳桿菌SWUN5815基因功能注釋KEGG代謝通路Fig.3 The gene KEGG pathway classification map of SWUN5815

表3 植物乳桿菌SWUN5815基因組細(xì)菌素和免疫調(diào)控通路及其相關(guān)基因Table 3 Related genes of bacteriocins and immune regulatory pathways in SWUN5815 genome

C：能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換(119)；D：細(xì)胞周期控制，細(xì)胞分裂，染色體分裂(39)；E：氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(231)；F：核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝(108)；G：碳水化合物運(yùn)輸和代謝(272)；H：輔酶轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(129)；I：脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(101)；J：翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)與生物發(fā)生(204)；K：轉(zhuǎn)錄(276)；L：復(fù)制、重組和修復(fù)(107)；M：細(xì)胞壁/膜/包膜生物發(fā)生(150)；N：細(xì)胞運(yùn)動(dòng)(16)；O：翻譯后修飾，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換，伴侶(83)；P：無機(jī)離子轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(134)；Q：次生代謝產(chǎn)物生物合成、運(yùn)輸和分解代謝(39)；R：僅一般功能預(yù)測(cè)(252)；S：功能未知(176)；T：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制(112)；U：細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、分泌和囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)(17)；V：防御機(jī)制(71)；W：細(xì)胞外結(jié)構(gòu)(3)；X：運(yùn)動(dòng)組：原噬菌體，轉(zhuǎn)座子(45)；括號(hào)內(nèi)數(shù)字代表匹配的基因數(shù) C: Energy production and conversion (119); D: Cell cycle control, cell division, chromosome partitioning (39); E: Amino acid transport and metabolism (231); F: Nucleotide transport and metabolism (108); G: Carbohydrate transport and metabolism (272); H: Coenzyme transport and metabolism (129); I: Lipid transport and metabolism (101); J: Translation, ribosomal structure and biogenesis (204); K: Transcription (276); L: Replication, recombination and repair (107); M: Cell wall/membrane/envelope biogenesis (150); N: Cell motility (16); O: Posttranslational modification, protein turnover, chaperones (83); P： Inorganic ion transport and metabolism (134); Q: Secondary metabolites biosynthesis, transport and catabolism (39); R: General function prediction only (252); S: Function unknown (176); T: Signal transduction mechanisms (112); U: Intracellular trafficking, secretion, and vesicular transport (17); V: Defense mechanisms (71); W: Extracellular structures (3); X: Mobilome: prophages, transposons (45); The number in brackets represented the number of matched genes圖4 植物乳桿菌SWUN5815 COG功能分類Fig.4 COG function classification chart of SWUN5815

2.3.4NR數(shù)據(jù)庫(kù)注釋和進(jìn)化分析

NR數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)得到植物乳桿菌SWUN5815注釋到的物種及基因數(shù)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5。

基于NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)已知的植物乳桿菌全基因組和植物乳桿菌SWUN5815全基因組用Treebest(Version 1.9.2)軟件，采用NJ法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹，物種之間的進(jìn)化樹繪制如圖6植物乳桿菌SWUN5815與植物乳桿菌WCFS1進(jìn)化最為相似達(dá)99.97%。

對(duì)植物乳桿菌SWUN5815潛在的細(xì)菌素基因進(jìn)行挖掘，如表4，SWUN5815含有18個(gè)的II類細(xì)菌素相關(guān)編碼基因。其中PlnA、PlnE、PlnF、PlnJ、PlnK、PlnN、PlnQ和PlnM合成對(duì)應(yīng)的細(xì)菌素；PlnA以及PlnN屬于Ⅱc類細(xì)菌素；PlnE、PlnJ、PlnK和PlnF屬于Ⅱb類雙肽類細(xì)菌素。

3 討 論

本研究采用PacBio RSII 3代高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)分離牦牛糞便的具有益生特性的植物乳桿菌SWUN5815進(jìn)行全基因組測(cè)序，經(jīng)序列拼接組裝后，確定該菌株基因組大小為3.27 Mb，GC含量為44.59%的微生物類群，同時(shí)將整合的基因組數(shù)據(jù)與GO、KEGG、COG和NR等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行注釋分析，完成菌株基因組功能的注釋及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，從分子生物學(xué)的角度探究了該菌株的生物學(xué)特性以及基因組功能特性。

1：植物乳桿菌(2882)；2：乳酸菌(65)；3：戊糖乳桿菌(47)；4：副植物乳桿菌(44)；5：干酪乳桿菌(10)；6：蠶豆乳桿菌(9)；7：乳酸桿菌噬菌體(5)；8：副干酪乳桿菌(5)；9：大腸桿菌(4)；10：布氏乳酸桿菌(4)；11：短乳桿菌(3)；12：棒狀乳桿菌(3)；13：戊糖球菌(3)；14：酒明串珠菌(2)；15：乳酸桿菌(2)；16：酸性乳酸球菌(2)；17：腸系膜明串珠蟲(2)；18：諾登斯乳桿菌(2)；19：動(dòng)物乳桿菌(2)；20：解淀粉乳桿菌(2)；括號(hào)內(nèi)數(shù)字代表匹配的基因數(shù)量 1: Lactobacillus plantarum (2 882); 2: Lactobacillus (65); 3: Lactobacillus pentosus (47); 4: Lactobacillus paraplantarum (44); 5: Lactobacillus casei (10); 6: Lactobacillus fabifermentans (9); 7: Lactobacillus phage (5); 8: Lactobacillus paracasei (5); 9: Escherichia coli (4); 10: Lactobacillus buchneri (4); 11: Lactobacillus brevis (3); 12: Lactobacillus coryniformis (3); 13: Pediococcus pentosaceus (3); 14: Oenococcus oeni (2); 15: Lactobacillales (2); 16: Pediococcus acidilactici (2); 17: Leuconostoc mesenteroides (2); 18: Lactobacillus nodensis (2); 19: Lactobacillus animalis (2); 20: Lactobacillus amylolyticus (2); The number in brackets represented the number of matched genes圖5 植物乳桿菌SWUN5815 NR注釋圖Fig.5 NR annotation diagram of SWUN5815

圖6 植物乳桿菌SWUN5815物種間的系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.6 Phylogenetic relationship among SWUN5815 and other species

表4 植物乳桿菌SWUN5815潛在的細(xì)菌素相關(guān)基因Table 4 Potential bacteriocin related genes of SWUN5815

通過基因功能GO注釋分析得知SWUN5815基因組中包括5個(gè)基因參與抗氧化活性過程，2個(gè)基因參與免疫過程。前期研究表明，牦牛源植物乳桿菌SWUN5815可促進(jìn)小鼠的生長(zhǎng)發(fā)育和腸粘膜免疫功能[9]，這可能與SWUN5815中存在的抗氧化基因和免疫過程相關(guān)基因有關(guān)。KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中有1 144個(gè)基因在32個(gè)通路得到功能注釋，SWUN5815基因組中包含了抗生素和生物降解等代謝過程；可調(diào)控免疫和炎癥的通路(包括PPAR和RIG-I樣受體通路)的組織系統(tǒng)通路相關(guān)。GM000962基因參與原核生物糖代謝調(diào)控中，參與萬古霉素類抗生素的生物合成。SWUN5815中有GM000328和GM000663參與PPARs信號(hào)通路的調(diào)控，該通路與能量(脂、糖)代謝、細(xì)胞分化、增殖、凋亡和炎性反應(yīng)等密切相關(guān)[11]。植物乳桿菌SWUN5815菌株中基因GM000137參與RIG-I樣受體(維甲酸誘導(dǎo)基因I)信號(hào)通路的調(diào)控中。RIG-I 樣受體是一種固有免疫的模式識(shí)別受體，可識(shí)別非自身的病毒RNA，同時(shí)激活RIG-I信號(hào)通路并促成細(xì)胞因子的生成，發(fā)揮出抗病毒的功效[12]。這可能是植物乳桿菌具有抗病毒作用的原因。COG功能分類顯示，植物乳桿菌SWUN5815其含有合成參與膽汁耐受基因(MFS型轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能Atg22序列)和耐酸性基因(DUF1440 family序列)[13]。這與乳桿菌SWUN5815具有耐膽汁、耐酸的特性相吻合。植物乳桿菌SWUN5815來源于高原環(huán)境的牦牛腸道，是一株特異性的對(duì)腸道有益的功能菌。

通過基因功能注釋NR分析得知SWUN5815全基因組中含有18種已知細(xì)菌素基因。細(xì)菌素有較強(qiáng)的抑菌活性，也被認(rèn)為是未來抗生素最有效的替代物。SWUN5815全基因組中包含PlnA、PlnE、PlnF、PlnJ、PlnK、PlnN、PlnQ和PlnM合成對(duì)應(yīng)的Ⅱ類細(xì)菌素，其中PlnE、PlnJ、PlnK和PlnF屬于Ⅱb類雙肽細(xì)菌素[14]，PlnA和PlnN屬于Ⅱc類環(huán)狀細(xì)菌素。細(xì)菌素的抗菌機(jī)制是穿過病原菌的細(xì)胞膜，增加其滲透性，導(dǎo)致離子流失以及膜電位的消耗，最終導(dǎo)致病原菌的死亡[15]。細(xì)菌素PlnP、PlnL和PlnM功能是輔助合成細(xì)菌素免疫蛋白，可以防止菌株被自身分泌的細(xì)菌素殺滅[16]；PlnB、PlnC和PlnD是編碼三組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)的細(xì)菌素，參與生物膜成熟過程[17-18]；PlnG與ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)，負(fù)責(zé)將細(xì)菌素分泌到胞外；PlnN、PlnU和PlnV是與膜蛋白合成等相關(guān)的細(xì)菌素[19]。SWUN5815具有多種功能的細(xì)菌素，這與前期研究乳桿菌SWUN5815能夠抑制腸道病原菌減輕腹瀉[20]的結(jié)果一致。COG注釋分析發(fā)現(xiàn)有4個(gè)合成ABC型細(xì)菌素轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的功能序列，是細(xì)菌素轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌的必要因素，說明植物乳桿菌SWUN5815擁有一套完整的細(xì)菌素合成和運(yùn)輸體系，保證了菌株的抑菌特性。

綜上，牦牛乳桿菌SWUN5815基因組序列的解析，為研究該菌株的功能特性基因提供了大量的依據(jù)，也為研究產(chǎn)生細(xì)菌素的該菌株的抗菌機(jī)理提供理論依據(jù)。為今后深入開展抗生素替代品的益生菌飼料添加劑的研究提供了重要的參考數(shù)據(jù)。