近期，我校生物工程學(xué)院許正宏教授團隊針對非優(yōu)勢微生物在傳統釀造谷物醋中的作用研究取得重要進(jìn)展，研究成果“Komagataeibacter europaeus improves community stability and function in solid-state cereal vinegar fermentation cosystem: non-abundant species plays important role”正式發(fā)表于《Food Research International》 （IF=6.475） （https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110815），“Distinct co-occurrence patterns and driving forces of abundant and rare bacterial communities in the multispecies solid-state fermentation process of cereal vinegar”正式發(fā)表于《Systems Microbiology and Biomanufacturing》（https://doi.org/10.1007/s43393-021-00064-6）。

 

　　“一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動(dòng)幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場(chǎng)龍卷風(fēng)”，這便是經(jīng)典的“蝴蝶效應”，用以說(shuō)明初始條件十分微小的變化經(jīng)過(guò)不斷放大，對其未來(lái)狀態(tài)會(huì )造成極其巨大的影響。中國傳統谷物醋通常在開(kāi)放環(huán)境下釀造而成，其發(fā)酵過(guò)程中涉及多種微生物的參與，形成了復雜的多物種微生態(tài)系統，包括高豐度的乳酸桿菌和醋酸桿菌等優(yōu)勢種群（總序列相對豐度≥1%）以及種類(lèi)繁多的稀有種群。目前科研人員已通過(guò)大量工作解析了優(yōu)勢種群的結構及其在谷物醋釀造中的功能，但對非優(yōu)勢種群在釀醋過(guò)程中的作用尚缺乏研究。那么，在谷物醋釀造群落中如繁星點(diǎn)點(diǎn)的非優(yōu)勢微生物是否會(huì )發(fā)揮“蝴蝶效應”而影響整個(gè)微生態(tài)系統的結構與功能呢？

 

　　許正宏教授團隊與江蘇恒順集團長(cháng)期合作，致力于鎮江香醋釀造微生態(tài)研究，采用現代生物技術(shù)解析傳統釀醋工藝機理，挖掘釀醋微生物的功能并加以理性工業(yè)應用。本研究以鎮江香醋為研究對象，1）采用高通量測序技術(shù)和統計生態(tài)學(xué)的方法，比較分析了固態(tài)醋酸發(fā)酵過(guò)程中優(yōu)勢和稀有細菌微生物亞群落的結構與演替規律，在醋酸發(fā)酵過(guò)程中，優(yōu)勢種群以乳桿菌屬Lactobacillus和醋桿菌屬Acetobacter為主（相對豐度>75%），稀有種群包括駒形桿菌屬Komagataribacter、歐文氏菌屬Erwinia、甲基桿菌屬Methylobacterium等，NMDS和Bray-Curtis相異度分析結果表明，與優(yōu)勢種群相比，稀有種群不同發(fā)酵階段結構差異更顯著(zhù)；2）解析了影響兩類(lèi)亞群落演替的主要環(huán)境驅動(dòng)因素，發(fā)現不同優(yōu)勢種群在發(fā)酵過(guò)程中的演替驅動(dòng)力不同，且相較于優(yōu)勢種群，稀有種群可能受到更多環(huán)境因子的影響；3）通過(guò)共現性網(wǎng)絡(luò )分析揭示了優(yōu)勢和稀有種群間的互作關(guān)系，優(yōu)勢種群與稀有種群微生物之間的相互作用比它們各自?xún)炔恐g的相互作用更多，基于模塊內連接和模塊間連接的相關(guān)算法確定了包括非優(yōu)勢種群駒形桿菌在內的七個(gè)關(guān)鍵物種，其中駒形桿菌屬的OTU97與其它物種的連接最多（相互作用較強）；4）進(jìn)一步經(jīng)分離培養得到其代表菌株歐洲駒形桿菌Komagataeibacter europaeus JNP1，通過(guò)原位強化實(shí)驗研究了非優(yōu)勢種對釀造生態(tài)系統的影響，發(fā)現JNP1的強化可加速乙酸的生成和還原糖的消耗，有助于提高原料利用率，改善食醋品質(zhì)。

 

　　本研究聚焦傳統釀造食醋復雜微生物群落中的低豐度非優(yōu)勢種群，系統解析了稀有微生物在發(fā)酵過(guò)程中保障群落結構穩定和代謝功能的關(guān)鍵作用，加深了對我國傳統食品多菌種協(xié)同產(chǎn)香發(fā)酵工藝所蘊含的科學(xué)道理的認知，為基于微生物群落調控的生產(chǎn)工藝優(yōu)化和產(chǎn)品品質(zhì)提升提供了一個(gè)嶄新的視角。

 

　　許正宏教授為論文通訊作者，我校17級博士生彭銘燁為第一作者。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（31771967）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2018YFC1603800和2018YFC1603802）的資助。