比较基因组学揭示了发酵乳杆菌的群体结构与功能差异

《Scientific Reports》：Comparative genomics reveals population structure and functional differentiation in Limosilactobacillus fermentum

　　

摘要

Limosilactobacillus fermentum是一种广泛分布的乳酸菌，常见于发酵食品以及宿主相关的微生物群中，但其全球基因组多样性及功能变异情况至今尚未得到充分研究。在此，我们对从公共数据库中收集的336个高质量L. fermentum基因组进行了大规模的比较基因组分析。通过平均核苷酸同源性（ANI）来验证物种身份，同时利用成对ANI比对以及基于Mash的系统发育重建方法分析群体结构。当ANI值达到≥99%时，数据集可被划分为15个基因组簇，其中4个主要谱系包含了大部分基因组。全基因组重建共识别出5,853个基因簇，其中包括1,325个核心基因（占比22.6%），以及大量以低频基因为主的附属基因。根据Heap定律建模（λ=0.19）的结果，该菌的全基因组属于弱开放型，表明随着更多基因组的采集，该菌会持续获取新基因。功能注释显示，核心基因主要与关键的细胞过程相关，而附属基因则多与碳水化合物代谢、膜相关功能以及防御系统有关。不同谱系之间的碳水化合物活性酶、转运系统以及应激反应基因存在差异，这体现了不同菌株在功能上的多样性。尽管来自人类和食物来源的基因组在系统发育谱系中分布较为广泛，但多元分析表明，基因含量的差异更与基因组谱系相关，而非分离来源。这些研究结果为理解L. fermentum的基因组多样性及其功能潜力提供了群体基因组学框架。