近日，中國(guó)熱科院品資所木薯加工與綜合利用研究團(tuán)隊(duì)在木薯葉蛋白質(zhì)降解機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)采用宏基因組技術(shù)研究了木薯葉自然發(fā)酵過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能特性，分析了蛋白質(zhì)降解相關(guān)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(zhì)降解代謝通路和發(fā)酵過(guò)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(guò)程中微生物降解蛋白質(zhì)的機(jī)制，研究結(jié)果為拓展木薯葉利用和開(kāi)發(fā)功能食品奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

 

　　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(guó)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(wàn)噸（FAO，2022年）。木薯葉富含豐富的蛋白質(zhì)（18%～38%，DW）、礦物質(zhì)和維生素，在撒哈拉以南非洲地區(qū)約 60% 的國(guó)家以及印度尼西亞、菲律賓和馬來(lái)西亞等一些亞洲國(guó)家作為蔬菜食用，但由于其高含量的結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)和氰化物限制了直接利用，導(dǎo)致大量木薯葉被作為廢棄物丟棄。團(tuán)隊(duì)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(fēng)味特性。隨著全球農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物管理的日益重視和我國(guó)大食物觀戰(zhàn)略的推動(dòng)，高值化利用農(nóng)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(zhì)降解機(jī)制對(duì)提高木薯葉高值化利用具有重要的理論和實(shí)踐意義。

 

　　該研究著眼于木薯葉在自然發(fā)酵過(guò)程中微生物群落的功能基因組成和蛋白質(zhì)降解機(jī)制，通過(guò)對(duì)非冗余基因的蛋白序列進(jìn)行KEGG和eggNOG功能數(shù)據(jù)庫(kù)的分析，發(fā)現(xiàn)在木薯葉發(fā)酵過(guò)程中，微生物群落的代謝活動(dòng)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(shì)；木薯葉結(jié)構(gòu)蛋白顯著轉(zhuǎn)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(shì)菌為主導(dǎo)的微生物活性影響著粗多肽和游離氨基酸濃度；Pearson相關(guān)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(guān)功能基因是木薯葉蛋白質(zhì)降解的主要原因，這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了自然發(fā)酵可降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量和提高木薯葉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并賦予更豐富的風(fēng)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(guó)熱科院品資所、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)研究生張金泉、中國(guó)熱科院品資所王琴飛副研究員為文章共同第一作者，中國(guó)熱科院品資所張振文研究員和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)宋勇教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2023YFD1000601）和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-11-HNZZW）共同資助。

 

　　全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130433