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乳酸菌益生机理与功能基因组研究
乳酸菌是生活在人、动植物以及食品等营养丰富环境中的一个多元化的微生物群体。内蒙古农业大学张和平教授在围绕乳酸菌益生机理、关键功能基因的进化开展系统性研究,挖掘出具有13株具有优良益生特性的乳酸菌,开发的相关产品在内蒙古伊利、黑龙江完达山、云南欧亚、旗帜乳业等企业应用,累计新增利润上亿元。
研究首次从基因组学、蛋白组学水平诠释了干酪乳杆菌(Lacotbacillus casei Zhang)的益生机制,鉴定出48个可能参与适应酸性和胆盐胁迫环境的蛋白质(Mol Cell Proteomics, 2009, 10:2321-2338)。在此基础上,构建中国健康人群肠道微生物框架(ISME J, 2015, 9:1979-1990),从宏基因组角度揭示益生乳酸菌与肠道微生物的互作关系,阐明益生机理(FEMS Microbiol Ecol, 2014, 88:612-622),建立了体外、体内相结合的益生乳酸菌筛选模型和功能评价体系。
完成213株乳杆菌全基因组精细图谱,从基因组进化的角度演化与之伴随的功能基因的获得、丢失事件(Nat Commun, 2015, 6: 8322)。指出乳杆菌属为一个并系类群,即兼性异型发酵乳杆菌为了适应环境逐渐分化成严格同型和严格异型发酵乳杆菌,获得、丢弃与环境相关的碳水化合物水解和蛋白水解系统。基于全基因组重构系统发育框架,建立与其进化特征相吻合的乳酸菌功能基因组,为乳酸菌特异性的挖掘提供科学的指导。
上述研究成果已发表SCI论文100余篇,他引超过700余次,授权发明专利24项,主编学术专著3部,并获得2009年度国家科技进步二等奖、2010年度内蒙古自然科学一等奖、2012年度内蒙古科技进步一等奖和2011年度教育部高等学校科技进步二等奖等多项奖励。
图:基于基因组乳酸菌系统发育框架及蛋白水解系统在不同进化分支的分布
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