中國熱科院在木薯葉發(fā)酵過程中蛋白質降解機制研究方面取得重要進展

2024-02-26 09:02:13 來源：中國熱帶農業(yè)科學院閱讀量：14894

　　近日，中國熱科院品資所木薯加工與綜合利用研究團隊在木薯葉蛋白質降解機制研究方面取得重要進展，該團隊采用宏基因組技術研究了木薯葉自然發(fā)酵過程中微生物群落結構及其功能特性，分析了蛋白質降解相關菌種與其主要功能基因和蛋白酶基因功能特性，明確了蛋白質降解代謝通路和發(fā)酵過程中活性化合物(包括氨基酸和肽)的變化規(guī)律，揭示了木薯葉自然發(fā)酵過程中微生物降解蛋白質的機制，研究結果為拓展木薯葉利用和開發(fā)功能食品奠定了重要的理論基礎。

　　木薯是世界第六大糧食作物，是世界熱區(qū)近10億人口賴以生存的主糧，也是我國生產(chǎn)淀粉、酒精、生物燃料等產(chǎn)品的重要原料。2022年全球木薯產(chǎn)量約3億噸，木薯葉產(chǎn)量約1000萬噸(FAO，2022年)。木薯葉富含豐富的蛋白質(18%～38%，DW)、礦物質和維生素，在撒哈拉以南非洲地區(qū)約 60% 的國家以及印度尼西亞、菲律賓和馬來西亞等一些亞洲國家作為蔬菜食用，但由于其高含量的結構性蛋白質和氰化物限制了直接利用，導致大量木薯葉被作為廢棄物丟棄。團隊前期研究顯示，發(fā)酵可顯著降低木薯葉中氰化物含量，改善木薯葉消化率和風味特性。隨著全球農業(yè)副產(chǎn)物管理的日益重視和我國大食物觀戰(zhàn)略的推動，高值化利用農產(chǎn)品副產(chǎn)物十分迫切，因此，探索木薯葉自然發(fā)酵的蛋白質降解機制對提高木薯葉高值化利用具有重要的理論和實踐意義。

　　該研究著眼于木薯葉在自然發(fā)酵過程中微生物群落的功能基因組成和蛋白質降解機制，通過對非冗余基因的蛋白序列進行KEGG和eggNOG功能數(shù)據(jù)庫的分析，發(fā)現(xiàn)在木薯葉發(fā)酵過程中，微生物群落的代謝活動主要集中在氨基酸代謝方面，而能量代謝則呈現(xiàn)下降趨勢；木薯葉結構蛋白顯著轉化為富含必需氨基酸的可消化肽；以假單胞菌、腸桿菌、埃希氏菌和克雷伯氏菌等優(yōu)勢菌為主導的微生物活性影響著粗多肽和游離氨基酸濃度；Pearson相關性和宏基因組組裝基因組(metagenome-assembled genomes, MAGs)分析表明，腸桿菌和乳球菌中豐富的蛋白酶和相關功能基因是木薯葉蛋白質降解的主要原因，這些發(fā)現(xiàn)證實了自然發(fā)酵可降低抗營養(yǎng)因子含量和提高木薯葉營養(yǎng)價值，并賦予更豐富的風味。

　　該研究成果以“metagenomic insights into protein degradation mechanisms in natural fermentation of cassava leaves”為題發(fā)表于《Bioresource Technology》，中國熱科院品資所、湖南農業(yè)大學聯(lián)合培養(yǎng)研究生張金泉、中國熱科院品資所王琴飛副研究員為文章共同第一作者，中國熱科院品資所張振文研究員和湖南農業(yè)大學宋勇教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研究與發(fā)展計劃項目(2023YFD1000601)和國家現(xiàn)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系項目(CARS-11-HNZZW)共同資助。【閱讀原文】

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