抗菌脂肽起源于真核生物，脂肽類化合物是一類具有顯著結(jié)構(gòu)多樣性的生物表面活性物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)由親水性組分（環(huán)狀或短鏈線性寡肽）與疏水性組分（長鏈脂肪酸）共同構(gòu)成，具有廣譜抗菌活性。脂肽類化合物主要包括以下典型代表：環(huán)狀結(jié)構(gòu)的表面活性素（Surfactin）、具有抑菌特性的芬薺素（Fengycin）以及呈現(xiàn)顯著表面活性的伊枯草菌素（Iturin）。抗菌脂肽無毒無副作用，對天然食品沒有危害，可作為天然防腐劑有效抑制食品致病菌等，延長食品貨架期，且其與常規(guī)抗生素的聯(lián)合使用也被證明可以協(xié)同提高抗菌效果，為應(yīng)對多重耐藥菌提供了新的策略，成為微生物學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。

貝萊斯芽孢桿菌（Bacillus velezen）隸屬于枯草芽孢桿菌群，是一種兼性厭氧的革蘭氏陽性菌，可在嚴(yán)峻環(huán)境下產(chǎn)生孢子。貝萊斯芽孢桿菌基因組中大約5%～8%的基因用于合成抗菌化合物，這些基因簇編碼了非核糖體肽合成酶（NRPS）和聚酮合酶，可用于合成抗菌肽和多酮類化合物。Jayakumar等利用含有氧化鋅納米顆粒和枯草芽孢桿菌來源的脂肽制備PVOH(PVA)納米復(fù)合膜，發(fā)現(xiàn)其對金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌的抗菌活性顯著增強(qiáng)。Ambrico等研究表明，枯草芽孢桿菌ET-1菌株上清液能夠有效抑制草莓和檸檬的輪狀病真菌的菌絲擴(kuò)展。陳成等研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌發(fā)酵上清液對桑椹鮮果采后主要致腐菌具有明顯的抑制作用，可顯著降低果實霉變率。盡管枯草芽孢桿菌已被證實具有合成抗菌脂肽的能力，但其天然產(chǎn)量仍存在較大局限，因此，通過定向選育獲得高產(chǎn)抗菌脂肽的優(yōu)良菌株，并降低生產(chǎn)成本，推動抗菌脂肽在食品加工、飼料等領(lǐng)域的應(yīng)用。

微生物誘變育種因其操作簡便、成本低廉且效果顯著等優(yōu)勢，已成為工業(yè)菌種改良的重要手段，常用的物理誘變方法包括紫外輻射和常壓室溫等離子體（ARTP）誘變技術(shù)。Bouassida等采用紫外線輻射誘變技術(shù)，成功選育出遺傳穩(wěn)定的枯草芽孢桿菌突變株，其Surfactin產(chǎn)量較野生型菌株提高了3 倍。Wang Yaxin等利用ARTP誘變技術(shù)，使枯草芽孢桿菌A3菌株的產(chǎn)量顯著提升了202.0%。然而，傳統(tǒng)單一誘變方式往往伴隨明顯的適應(yīng)性衰減現(xiàn)象，整合物理與化學(xué)兩種不同作用機(jī)制的復(fù)合誘變技術(shù)，可有效擴(kuò)大突變譜并增強(qiáng)遺傳多樣性。陳尚里等通過復(fù)合誘變（紫外誘變、ARTP-LiCl誘變）選育獲得一株高產(chǎn)Fengycin突變株UA397，經(jīng)發(fā)酵優(yōu)化后暹羅芽孢桿菌UA-397的Fengycin產(chǎn)量為517.09 mg/L，是野生型在未進(jìn)行發(fā)酵條件優(yōu)化時Fengycin產(chǎn)量（113.02 mg/L）的4.575 倍。

現(xiàn)有研究多聚焦于誘變前后抗菌脂肽產(chǎn)量的表型變化，而對其分子機(jī)制特別是關(guān)鍵功能基因的遺傳變異與表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)缺乏深入解析。隨著高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，基于多組學(xué)聯(lián)用的生物信息學(xué)分析已成為揭示微生物代謝調(diào)控機(jī)制和環(huán)境適應(yīng)的重要手段。

南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院的方茵、宋文嬌、續(xù)曉琪*等采用ARTP-LiCl復(fù)合誘變技術(shù)，成功選育出抗菌脂肽產(chǎn)量顯著提升的貝萊斯芽孢桿菌突變株BV227。通過整合全基因組重測序與轉(zhuǎn)錄組分析，系統(tǒng)鑒定參與脂肽生物合成的關(guān)鍵功能基因及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，旨在從分子水平闡明菌株的高產(chǎn)機(jī)制，為通過代謝工程手段構(gòu)建高效表達(dá)工程菌奠定分子基礎(chǔ)，對開發(fā)高效、安全的生物源食品抗菌劑具有重要的理論指導(dǎo)。

1 致死率曲線

如圖1a所示，紫外誘變處理下菌株致死率呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。值得注意的是，即使在最高劑量處理（120 s）條件下，致死率僅達(dá)到82.86%。這一現(xiàn)象與芽孢桿菌特有的抗逆機(jī)制密切相關(guān)，其芽孢結(jié)構(gòu)能夠有效抵御紫外線輻射，導(dǎo)致在高劑量照射下仍能保持部分細(xì)胞的存活能力，從而限制了致死率的進(jìn)一步提升。基于此，本研究未采用紫外誘變進(jìn)行高產(chǎn)菌株選育。圖1b展示了ARTP-LiCl復(fù)合誘變的時間-效應(yīng)關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)顯示，致死率隨處理時間延長呈顯著上升趨勢，處理90 s時致死率達(dá)99.14%，60 s處理組的致死率為92.85%。考慮到過高致死率（＞95%）可能導(dǎo)致有效突變體數(shù)量不足，本研究最終確定采用60 s處理時間（致死率92.85%）進(jìn)行后續(xù)篩選實驗。該條件既保證了足夠的誘變強(qiáng)度，又保留了充足的可篩選突變?nèi)后w。

2 ARTP-化學(xué)復(fù)合誘變突變菌株的篩選

通過CPC-BTB高通量篩選結(jié)合牛津杯法，從誘變菌群中初步篩選出7 株抑菌效果顯著的突變株（BV112、BV156、BV227、BV289、BV358、BV422、BV487）。采用酸沉淀法提取各菌株發(fā)酵液中的脂肽，測定其產(chǎn)量并進(jìn)行抑菌活性評價。抑菌圈直徑測定結(jié)果顯示（圖2），各突變株的抗菌活性與其脂肽粗提產(chǎn)量呈正相關(guān)，進(jìn)一步驗證了脂肽是主要的抗菌活性物質(zhì)。通過產(chǎn)量測定發(fā)現(xiàn)，原始菌株BVQ121的脂肽產(chǎn)量為1.22 g/L，突變株BV227的產(chǎn)量達(dá)1.89 g/L，較原始菌株提高52.83%。謝定剛等基于紫外誘變方法選育，抗菌脂肽產(chǎn)量較原始菌提高了40%，因此協(xié)同誘變策略可能可以克服單一誘變局限性。基于產(chǎn)量和活性綜合評價，選擇BV227作為后續(xù)實驗材料。該菌株不僅產(chǎn)量提升顯著，且表現(xiàn)出良好的遺傳穩(wěn)定性（連續(xù)傳代10 代后產(chǎn)量波動＜5%）。

3 發(fā)酵條件優(yōu)化

3.1 單因素優(yōu)化試驗

實驗結(jié)果表明，碳源種類對脂肽合成具有明顯影響（圖3a），以可溶性淀粉為單一碳源時，脂肽粗提產(chǎn)量和抑菌圈直徑均達(dá)到最大值，這可能是由于其多糖結(jié)構(gòu)能提供穩(wěn)定的碳源供應(yīng)；而D-半乳糖組則表現(xiàn)最差，推測與誘變菌株缺乏相關(guān)代謝酶有關(guān)。通過碳源添加量優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，可溶性淀粉的添加量與抑菌圈直徑呈正相關(guān)，綜合考慮到成本及抑菌效果，最終選擇30 g/L作為最佳碳源添加量（圖3b）。氮源篩選顯示蛋白胨能最大程度促進(jìn)脂肽合成，最佳添加量為2 g/L（圖3c、d），故在后期響應(yīng)面設(shè)計中設(shè)置1～3 g/L的考察范圍。由圖3e發(fā)現(xiàn)，脂肽產(chǎn)量和抑菌活性隨發(fā)酵時間延長呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，48 h時脂肽粗提產(chǎn)量和抑菌圈直徑達(dá)到峰值，72 h時降至最低，故確定48 h為最佳發(fā)酵時間。在不同發(fā)酵pH值下培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基初始pH值為6時產(chǎn)量和抑菌活性最高，pH 9時最低（圖3f），表明堿性環(huán)境會抑制菌體生長和脂肽合成，可能是由于高pH值改變了細(xì)胞膜通透性和酶活性，這與劉偉等的研究結(jié)論相符，最終選擇pH 6為最佳發(fā)酵條件。由圖3g可知，溫度對脂肽合成的影響呈現(xiàn)單峰曲線，37 ℃時產(chǎn)量和抑菌活性最佳，41 ℃時顯著降低，這與高溫抑制菌體生長的現(xiàn)象一致。所有實驗數(shù)據(jù)均表明，脂肽合成效率與菌體生長狀況密切相關(guān)，適宜的環(huán)境參數(shù)對維持代謝活性至關(guān)重要?；谏鲜鼋Y(jié)果，響應(yīng)面試驗設(shè)計選取發(fā)酵時間48 h、pH 5～7和發(fā)酵溫度35～39 ℃進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化研究。

3.2 響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化

酰胺本研究采用Design-Expert 10.0軟件對脂肽發(fā)酵條件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析，并建立了蛋白胨添加量（X1）、初始pH值（X2）、發(fā)酵溫度（X3）三因素的二次多項式回歸模型：Y＝2.72―0.057X1+0.096X2―0.14X3―。

基于建立的回歸模型，采用Design-Expert分析平臺生成工藝參數(shù)優(yōu)化響應(yīng)面，成功構(gòu)建了蛋白胨添加量、發(fā)酵溫度和環(huán)境pH值三因素交互作用的立體響應(yīng)模型（圖4）。對回歸模型進(jìn)行方差分析與顯著性分析檢驗，方差分析表明該模型具有高度顯著性（F＝212.40，P＜0.001），決定系數(shù)R2＝0.996 4，調(diào)整決定系數(shù)，證實模型可靠性良好。各因素對脂肽產(chǎn)量的影響程度依次為：發(fā)酵溫度（X3）＞初始pH值（X2）＞蛋白胨添加量（X1），其中X1X2和X2X3交互作用極顯著（P＜0.000 1），二次項均達(dá)極顯著水平（P＜0.000 1）。模型預(yù)測最優(yōu)條件為：蛋白胨添加量1.9 g/L、pH 6.1、發(fā)酵溫度36.5 ℃，預(yù)期產(chǎn)量2.739 6 g/L。經(jīng)實驗驗證，實際產(chǎn)量為（2.722 3±0.09）g/L（n＝3），達(dá)到預(yù)測值的99.31%，相對誤差低于3%。經(jīng)發(fā)酵優(yōu)化，脂肽粗提物的產(chǎn)量獲得顯著提升，較優(yōu)化前的誘變菌株提高了44.97%，與原始菌株相比增幅達(dá)122.31%。紀(jì)帥奇等同樣針對高產(chǎn)抗菌脂肽的芽孢桿菌進(jìn)行了發(fā)酵優(yōu)化，但僅提高20%左右，這可能是因為本研究發(fā)酵優(yōu)化條件更為豐富，凸顯了培養(yǎng)基組分與環(huán)境參數(shù)對脂肽生物合成的協(xié)同調(diào)控作用，同時進(jìn)一步證明了該模型能準(zhǔn)確反映各工藝參數(shù)與脂肽產(chǎn)量的定量關(guān)系，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了可靠的理論依據(jù)。

4 菌株誘變前后的LC-MS分析

基于LC-MS技術(shù)的脂肽鑒定主要依據(jù)其離子化后形成的特征性質(zhì)譜峰。不同結(jié)構(gòu)脂肽因氨基酸組成差異、肽鏈長度變化、脂肪酸鏈長度及飽和度不同會產(chǎn)生獨特的質(zhì)荷比（m/z）分布，從而在質(zhì)譜圖上呈現(xiàn)出特定的峰型。3 類典型脂肽的[M+H]+離子特征峰分布為Surfactin：m/z 993～1 053、Iturin：m/z 1 044.6～1 058.7、Fengycin：m/z 1 410～1 570。誘導(dǎo)前后菌株脂肽粗提物的LC-MS如圖5所示，可見其產(chǎn)出的主要脂肽成分未發(fā)生明顯變化，具體分析結(jié)果見表2，根據(jù)已知的m/z作參照，誘變菌株粗提物中的活性成分均由3 類抗菌脂肽類物質(zhì)共同組成。與Sui Xiaona、Hammad、Zhang Li等在對貝萊斯芽孢桿菌脂肽鏈的LC-MS分析中[M+H]+的質(zhì)荷比，突變株BV227的Iturin、Iturin與Surfactin同系物均增多，表明突變株BV227中脂肽的合成能力得到明顯提升。其中，對比發(fā)現(xiàn)誘變前后Surfactin組分保持穩(wěn)定，種類未發(fā)生顯著改變，而Iturin同系物組成出現(xiàn)明顯變異。值得注意的是，突變株BV227在m/z 1 410～1 570區(qū)間的峰數(shù)量顯著增加，表明其生產(chǎn)的Fengycin類脂肽具有更高多樣性。進(jìn)一步使BV227菌株的乳化性能得到提升，并具有更寬的pH值耐受范圍，在工業(yè)上更適用于食品級生物表面活性劑的生產(chǎn)、石油污染的生物修復(fù)等。

5 誘變前后菌株的全基因組測序及變異分析

采用Illumina平臺對誘變前后的貝萊斯芽孢桿菌進(jìn)行全基因組測序，經(jīng)fastp質(zhì)控過濾后獲得高質(zhì)量Clean Data，有效數(shù)據(jù)量為1.616 Gb。測序數(shù)據(jù)顯示：基因組大小為4 038 252 bp，GC相對含量為46.45%，測序深度＞50×，N50為586 433 bp，Q30堿基占比＞95%。15-kmer分布符合泊松分布，GC-depth分析顯示數(shù)據(jù)點集中分布于40%～60%區(qū)間，符合芽孢桿菌G+C含量分布特點，證實樣品無污染且數(shù)據(jù)可靠，可用于后續(xù)分析。

SNP是基因組中最常見的遺傳變異類型之一，其本質(zhì)為DNA序列中單個堿基位點發(fā)生的核苷酸替換現(xiàn)象。通過GATK檢測發(fā)現(xiàn)的SNP位點中，主要包括編碼區(qū)變異：非同義突變4 個（可能影響脂肽合成相關(guān)基因功能）、同義突變7 個；非編碼區(qū)變異：基因下游1 kb區(qū)域6 個，基因間區(qū)8 個。關(guān)鍵突變示例如表3所示，其中Scaffold7: 7936位點（T→G）的突變質(zhì)量值最高（變異檢測質(zhì)量＝396.77），深度達(dá)10×，提示該位點變異可靠性較高。這些遺傳變異為解析菌株表型改良的分子機(jī)制提供了重要線索。

6 轉(zhuǎn)錄組分析

通過基因本體論（GO）富集分析發(fā)現(xiàn)（圖6a），誘變菌株中細(xì)胞分解代謝過程相關(guān)基因顯著下調(diào)，促使碳源等前體物質(zhì)向脂肽合成途徑重分配，為脂肽產(chǎn)量增加提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，細(xì)胞結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)結(jié)合相關(guān)基因的表達(dá)改變，可能影響了細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，重塑了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，削弱了脂肽合成的負(fù)調(diào)控機(jī)制。GO分析結(jié)果顯示（圖6b），差異表達(dá)基因在細(xì)胞組分和部分生物過程（如細(xì)胞大分子生物合成過程）中顯著富集。這表明誘變主要影響了細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成及相關(guān)生物過程，但對分子功能相關(guān)基因的影響較小。

7 代謝通路整合分析

圖7a結(jié)果顯示，群體感應(yīng)富集到超過40 個基因，并且與誘變前具有顯著差異（P＜0.01），表明其富集程度最為顯著。作為調(diào)控微生物生理行為的關(guān)鍵系統(tǒng)，群體感應(yīng)可影響次級代謝產(chǎn)物的合成。在芽孢桿菌中，該系統(tǒng)的基因突變可能改變了信號分子的合成、感知或傳導(dǎo)過程，從而解除對脂肽合成的抑制或激活相關(guān)基因表達(dá)。此外，ABC轉(zhuǎn)運體也顯示出一定的富集顯著性，這類轉(zhuǎn)運體通過提高前體物質(zhì)的運輸效率或促進(jìn)脂肽外排，可能減少了產(chǎn)物反饋抑制，進(jìn)而提升脂肽產(chǎn)量。根據(jù)代謝網(wǎng)絡(luò)分析（圖7b）揭示，脂肪酸降解途徑中乙醇脫氫酶（ADH，1.1.1.1）和脂肪酸羥化酶（CYP450，1.14.14.1）的表達(dá)均呈現(xiàn)顯著上調(diào)。其中ADH（編碼基因BK_GM003379、BK_GM002199）可以催化乙醇氧化為乙醛，并進(jìn)一步生成乙酰CoA，而乙酰CoA作為脂肪酸β-氧化的關(guān)鍵起始物質(zhì)，為脂肽的疏水脂肪酸鏈（如Surfactin的C13～C15鏈、Iturin的β-氨基脂肪酸）提供碳骨架，ADH反應(yīng)還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)NAD+/NADH比例，影響三羧酸循環(huán)和能量代謝，從而間接支持NRPS的高能耗合成過程。Fengycin和部分Surfactin的脂肪酸鏈需β-羥基化修飾，代謝路徑中CYP450（編碼基因BK_GM003604、BK_GM003746）可以催化長鏈脂肪酸（如C16～C18）的羥化反應(yīng)，生成β-羥基脂肪酸前體。此外，CYP450還可修飾脂肪酸鏈的長度和氧化狀態(tài)，影響脂肽的生物活性（如增強(qiáng)抗真菌性能）。由此認(rèn)為BK_GM003379和BK_GM002199基因的上調(diào)為脂肪酸鏈合成提供更多前體并支持NRPS能量需求，BK_GM003604和BK_GM003746基因的上調(diào)增加了脂肽結(jié)構(gòu)多樣性和生物活性。這些基因的協(xié)同作用為脂肽的理性設(shè)計和產(chǎn)量提升提供了關(guān)鍵靶點，尤其在脂肪酸鏈工程化改造方面具有潛力。

8 抗菌脂肽對食源性致病菌的抑菌效果

當(dāng)前對抗菌脂肽的抑菌效果研究主要集中在金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌等常見致病菌株，而沙門氏菌和鮰魚愛德華氏菌也是典型的致病菌，對家禽、水產(chǎn)等具有不可小覷的危害，因此本研究選擇沙門氏菌和鮰魚愛德華氏菌作為抑菌效果研究的主要對象。通過對比抗菌脂肽對沙門氏菌和鮰魚愛德華氏菌的牛津杯實驗（圖8），觀察記錄其抑菌圈直徑并進(jìn)行顯著性分析（表4），發(fā)現(xiàn)脂肽添加量與抑菌圈直徑之間具有高度顯著性（P＜0.000 1），即隨著脂肽添加量的增加，其對沙門氏菌和愛德華氏菌的抑制效果均呈現(xiàn)劑量依賴性增強(qiáng)趨勢。當(dāng)添加量為50 μL時，脂肽對沙門氏菌和愛德華氏菌的抑菌圈直徑分別為（9.15±0.13）mm和（8.92±0.11）mm；當(dāng)添加量增至150 μL時，抑菌圈直徑分別達(dá)到（14.32±0.18）mm和（12.87±0.13）mm。值得注意的是，在低添加量（50～100 μL）條件下，脂肽對兩種病原菌的抑制效果相近；而當(dāng)添加量達(dá)到150 μL時，對沙門氏菌的抑制效果明顯優(yōu)于愛德華氏菌。這種差異可能源于兩種病原菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的特異性差異，導(dǎo)致其對脂肽類抗菌物質(zhì)的敏感性不同。研究結(jié)果表明，抗菌脂肽對食源性病原菌具有顯著的抑制作用，且其抑菌效果與添加劑量呈正相關(guān)。沙門氏菌和愛德華氏菌分別是禽肉和水產(chǎn)品中的重要食源性病原體，可能導(dǎo)致產(chǎn)品召回、食源性疾病及養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)損失?；诒狙芯浚咕目捎糜跀U(kuò)展養(yǎng)殖業(yè)抗生素替代品市場，開發(fā)家禽和水產(chǎn)飼料添加劑，并優(yōu)化禽肉加工及冷鏈運輸中的防腐方案，以提升食品安全。

9 脂肽的熱穩(wěn)定性

在不同溫度處理下觀察脂肽水溶液的外觀顏色，根據(jù)圖9a發(fā)現(xiàn)其無明顯變化，表明脂肽分子在測試溫度范圍內(nèi)未發(fā)生明顯的聚集或沉淀，物理性質(zhì)較為穩(wěn)定。根據(jù)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)脂肽溶液在不同溫度下處理不同時間的抑菌效果及獨立樣本T檢驗（圖9b、c和表5）發(fā)現(xiàn)，除45 ℃條件下處理48 h條件外，在所有測試溫度范圍內(nèi)，20%溶液的抑菌效果均顯著優(yōu)于10%溶液（P＜0.001），這一結(jié)果與2.7節(jié)中關(guān)于脂肽添加量與抑菌活性之間呈正相關(guān)的結(jié)論相互印證。此外，在不同溫度下，以處理時間為自變量做差異性分析時發(fā)現(xiàn)，在低溫（-20 ℃至-4 ℃）范圍內(nèi)，各質(zhì)量分?jǐn)?shù)脂肽水溶液處理48 h過程中金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑無顯著差異（P＞0.05），這表明在低溫儲存條件下，抗菌脂肽能夠長期保持良好穩(wěn)定的抗菌性能。這些數(shù)據(jù)充分證明，本研究開發(fā)的抗菌脂肽在低溫下具有良好的穩(wěn)定性，能夠滿足冷鏈運輸中對防腐劑儲存條件和加工穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求，為其工業(yè)化應(yīng)用提供了重要的實驗依據(jù)。

結(jié) 論

本研究對具有生產(chǎn)抗菌脂肽功能的B. velezens BVQ212進(jìn)行誘變，并通過CPC-BTB比色法測定發(fā)酵液中抗菌脂肽的含量以篩選誘導(dǎo)菌株。先對其進(jìn)行了紫外誘變，發(fā)現(xiàn)其芽孢結(jié)構(gòu)能夠有效抵御紫外線輻射，誘變效果不佳，隨后采用ARTP-LiCl復(fù)合誘變得到優(yōu)勢菌株BV227，其抗菌脂肽產(chǎn)量達(dá)1.89 g/L，較原始菌株提高52.83%。通過系統(tǒng)的單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計，建立了可靠的脂肽發(fā)酵工藝模型（R2＝0.996 4），在最優(yōu)條件下（蛋白胨1.9 g/L、pH 6.1、36.5 ℃）使脂肽產(chǎn)量達(dá)到（2.722 3±0.09）g/L，較原始菌株提高122.31%，顯著優(yōu)于文獻(xiàn)報道值，為抗菌脂肽的工業(yè)化生產(chǎn)提供了優(yōu)化的工藝參數(shù)和理論基礎(chǔ)。此外，BV227還具有良好的遺傳穩(wěn)定性，在工業(yè)化生產(chǎn)中更具優(yōu)勢。為分析影響抗菌脂肽生產(chǎn)的關(guān)鍵基因，本研究通過全基因組測序結(jié)合多組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)誘變菌株中細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成及相關(guān)生物過程均發(fā)生了改變，系統(tǒng)揭示了誘變菌株中關(guān)鍵酶（如ADH和CYP450）的顯著上調(diào)及其協(xié)同作用機(jī)制，不僅為脂肽產(chǎn)量提升提供了分子層面的解釋，更通過SNP變異分析、GO功能富集和代謝網(wǎng)絡(luò)整合，闡明了群體感應(yīng)調(diào)控和脂肪酸前體供應(yīng)在脂肽生物合成中的核心作用，促使更多資源和條件向有利于脂肽合成的方向發(fā)展，凸顯了多組學(xué)聯(lián)用技術(shù)在解析微生物次級代謝產(chǎn)物合成機(jī)制中的獨特優(yōu)勢。最后對產(chǎn)生的抗菌脂肽進(jìn)行抑菌效果和熱穩(wěn)定性檢測，不僅證實了抗菌脂肽對沙門氏菌和愛德華氏菌的顯著抑制效果，更通過溫度穩(wěn)定性（-20～25 ℃保持活性）與劑量依賴性（150 μL時抑菌效果最佳）的作用規(guī)律，為開發(fā)針對禽肉加工廠、水產(chǎn)冷鏈運輸防腐劑提供了堅實的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用依據(jù)。本研究利用ARTP-LiCl復(fù)合誘變得到突變菌株，再通過抗菌脂肽的產(chǎn)量篩選出產(chǎn)出效果最好的誘變菌株BV227，通過生物信息技術(shù)分析其基因表達(dá)水平的改變，并最終驗證抗菌脂肽的抑菌效果及熱穩(wěn)定性。未來可將本研究得到的突變種BV227進(jìn)行大規(guī)模投產(chǎn)試驗以驗證其實際應(yīng)用效果，以及后續(xù)可進(jìn)一步研究菌株的誘變的機(jī)制，為菌株的定向篩選提供參考，從而提高選育效率。

通信作者：

續(xù)曉琪副教授

南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院

研究方向：食品微生物與營養(yǎng)支持。

第一作者：

方茵碩士研究生

南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院

研究方向：食品生物技術(shù)。

引文格式：

方茵, 宋文嬌, 徐錚, 等. 產(chǎn)抗菌脂肽貝萊斯芽孢桿菌的誘變育種、發(fā)酵優(yōu)化及基因差異分析[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(23): 139-149. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250610-062.

FANG Yin, SONG Wenjiao, XU Zheng, et al. Mutation breeding and optimization of fermentation conditions for lipopeptide production by Bacillus velezensis and differential genomic analysis[J]. Food Science, 2025, 46(23): 139-149. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250610-062.

實習(xí)編輯：林安琪；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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