Comparative transcriptome analysis reveals the contribution of membrane transporters to acid tolerance in Lactococcus lactis

乳酸乳球菌 ATP结合盒运输机 运输机 生物化学 通透性 乳酸 生物 ATP酶 转录组 化学 细菌 基因 基因表达 遗传学
作者
Zhengming Zhu,Pei‐Shan Yang,Jinhua Yang,Juan Zhang
出处
期刊:Journal of Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:357: 9-17 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.jbiotec.2022.08.006
摘要

Acid stress caused by the accumulation of acidic metabolites severely affects the fermentation performance of lactic acid bacteria. In this study, to overcome the impact of acid stress during growth, nine membrane transporters were introduced in Lactococcus lactis NZ9000 to study their effects on acid tolerance. The engineered strains that overexpressed the metal ATP-binding cassette (ABC) transporters zitP (metal ABC transporter permease) and zitQ (metal ABC transporter ATP-binding protein) exhibited 14.5 and 9.5-fold higher survival rates, respectively, at pH 4.0 for 4 h than the control strain. During acid stress, the two recombinant strains maintained relatively higher ATP concentrations, i.e., 7.7- and 11.7-fold higher, respectively, than the control strain at pH 4.0 for 3 h. Subsequently, transcriptome analysis revealed that genes associated with ABC transporters, metal ion transport, transcriptional regulation, and stress response exhibited differentially expressed. The transcriptional level of ecfA2 gene (energy-coupling factor transporter ATPase) was substantially higher in L. lactis (ZitQ) during acid stress, and the ecfA2 gene was overexpressed in L. lactis. This recombinant strain L. lactis (EcfA2) exhibited a 598.7-fold higher survival rate than the control strain at pH 4.0 for 4 h. This study showed that the membrane transporters ZitP and ZitQ could increase acid tolerance and provided a strategy for constructing robust strains that can be used in food industry.
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