食品生产用细菌的高通量基因组分析流程

从印度传统发酵食品 bekang 中分离的 Bacillus subtilis 菌株在系统发育上不同于日本纳豆菌株，却共享一组高度相近的辅助基因。本研究还提出了一套适用于食品生产用细菌的高效比较基因组学流程。

为研究食品发酵所用Bacillus subtilis的多样性，本研究最初收集了55个基因组，并将经过质量控制和统一注释的42株菌用于主要的泛基因组分析和比较基因组学分析。

研究背景与主要发现

有关此发现背后的总体概述和故事，请参阅以下链接：

• Press Release: Japanese “Natto” and Indian Traditional Food “Bekang” Bacteria: Genetically “Strangers” yet “Identical Twins”!?
• 研究背景文章: The Global "Natto" Connection: How a Bowl of Beans in Myanmar Sparked a Genomic Discovery (Springer Nature Research Communities)

主要分析将26株日本纳豆分离株定义为狭义natto组。来自印度传统食品bekang的唯一一株分离株（Food_IND_1；n=1）在核心基因组系统发育树上位于natto分支之外，但按附属基因presence/absence计算的Jaccard距离，它是该组最近的功能邻居。加入该菌株后，共27株作为广义natto组进行比较。水平基因转移（horizontal gene transfer; HGT）和选择性保留是可能的解释，并非本研究直接证明的机制。功能解释主要来自基因注释与富集分析，而不是对多株bekang分离株的直接表型测定。

比较基因组学工作流程

该比较基因组学工作流程整合了公共数据获取、基因组组装、质量控制、注释、泛基因组分析，以及系统发育和基因组成比较。

• 数据准备：对公共raw reads和基因组记录采用统一的组装、质量控制与注释流程。
• 系统发育与基因组成比较：将核心基因组系统发育与基于附属基因presence/absence的Jaccard距离聚类结合。
• 候选差异分析：通过synteny、phylogenetic network和组特异性基因，比较indel、transposon、基因重复与截短等候选差异。

证据范围与潜在应用

这些证据可用于识别基因组关系和候选基因。若要用于生产性能、风味、安全性或质量控制，仍需表型测定、发酵实验、重复性检验和生产现场验证。

• 潜在用途：可用于菌株比较，并生成可能与表型相关的候选基因或基因集合的假设。
• 所需验证：仅凭sequence data不能直接诊断菌株性能、产品质量或污染；必须结合实验和生产现场验证。

总结

本研究结合核心基因组系统发育与附属基因组成，建立了可识别系统发育上相距较远的B. subtilis菌株间相似性的高通量比较基因组学工作流程。Bekang结果属于n=1案例研究，其功能假设仍需进一步验证。