統合されたメタオミクスアプローチは、伝統的な中国のPu-erh茶の自然発酵の微生物叢を理解するためのアプローチ

発酵中の微生物叢は、発酵食品の質に直接影響を与え、科学的および商業的関心が大きいです。食物発酵に関連する微生物代謝を説明するためのかなりの努力にもかかわらず、PU-erh茶発酵における微生物叢の役割は不明のままです。ここでは、統合されたメタオミクスアプローチを適用して、Pu-erh茶の2つの繰り返し発酵で微生物叢を特徴付けました。細菌16S rRNA遺伝子のメタバルコード分析では、プロテオバクテリアの割合の減少と発酵​​中の硬化性の豊富な増加が示されました。真菌の内部転写スペーサー（ITS）シーケンスのメタバーコード分析は、ラサムニア、サーモミセス、およびアスペルギルスが中間段階で支配的であるのに対し、アスペルギルスは発酵の他の段階で支配的であることを示しました。メタプロテオミクス分析は、原発性微生物代謝活性を代謝に割り当て、セルロース、キシラン、キシログルカン、ペクチン、澱粉、リグニン、ガラクトマンナン、キチンなどの多糖類の分解に関与する微生物炭水化物活性酵素を同定しました。メタボロミクスと高性能液体クロマトグラフィー分析により、胆嚢を含むフェノール化合物のレベルが減少するのに対し、発酵後に胆嚢酸とエラギン酸の含有量が大幅に増加することが明らかになりました（P <0.05）。胆嚢と胆嚢のレベルの変化は、タンナゼの加水分解と関連していました。グリコシドヒドロラーゼ、フェノール2モンオキシゲナーゼ、サリチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ、サリチル酸1モノオキシゲナーゼ、カテコールO-メチルトランスフェラーゼ、カテコールO-ジオキシゲナーゼ、ケルセチン2,3-ジオゲネーゼは、酸化に関連する際の催眠術に関連しています。発酵における微生物叢と、多糖類の分解とフェノール化合物の代謝に関連する酵素の産生におけるそれらの機能を実証しました。これは、代謝産物の含有量とPU-erh TEAの質の変化をもたらしました。そして、消費されるすべての食品と飲料の約3分の1を占めています。現在まで、従来の発酵は自発的な発酵を使用しています。発酵中の微生物叢は、発酵食品の品質と安全性に直接的な影響を及ぼし、従来の方法の保存に貢献しています。ここでは、統合されたメタオミクスアプローチを使用して、特別な風味と健康的な利点を持つ有名な中国の発酵食品であるPu-erh茶の発酵における微生物叢を研究しています。この研究は、Pu-erh茶の発酵における微生物叢、代謝物、および酵素の知識を進めました。これらの新しい洞察は、PU-ERH発酵の複雑なミクロビオームに光を当て、食物発酵生態系のミクロビオームを理解する際の統合されたメタオミクスアプローチの力を強調しています。

The microbiome in fermentation has direct impacts on the quality of fermented foods and is of great scientific and commercial interest. Despite considerable effort to explain the microbial metabolism associated with food fermentation, the role of the microbiome in pu-erh tea fermentation remains unknown. Here, we applied integrated meta-omics approaches to characterize the microbiome in two repeated fermentations of pu-erh tea. Metabarcoding analysis of bacterial 16S rRNA genes showed a decrease in the proportion of Proteobacteria and an increase in the abundance of Firmicutes during fermentation. Metabarcoding analysis of fungal internal transcribed spacer (ITS) sequence demonstrated that Rasamsonia, Thermomyces, and Aspergillus were dominant at the intermediate stage, whereas Aspergillus was dominant at other stages in fermentation. Metaproteomics analysis assigned primary microbial metabolic activity to metabolism and identified microbial carbohydrate-active enzymes involved in the degradation of polysaccharides including cellulose, xylan, xyloglucan, pectin, starch, lignin, galactomannan, and chitin. Metabolomics and high-performance liquid chromatography analysis revealed that levels of phenolic compounds, including gallates, decreased whereas contents of gallic acid and ellagic acid significantly increased after fermentation (P < 0.05). The changes in levels of gallates and gallic acid were associated with the hydrolysis of tannase. Glycoside hydrolases, phenol 2-monooxygenase, salicylaldehyde dehydrogenase, salicylate 1-monooxygenase, catechol O-methyltransferase, catechol dioxygenase, and quercetin 2,3-dioxygenases were hypothesized to be related to oxidation, conversion, or degradation of phenolic compounds. We demonstrated microbiota in fermentation and their function in the production of enzymes related to the degradation of polysaccharides, and metabolism of phenolic compounds, resulting in changes in metabolite contents and the quality of pu-erh tea.IMPORTANCE Fermented foods play important roles in diets worldwide and account for approximately one-third of all foods and beverages consumed. To date, traditional fermentation has used spontaneous fermentation. The microbiome in fermentation has direct impacts on the quality and safety of fermented foods and contributes to the preservation of traditional methods. Here, we used an integrated meta-omics approach to study the microbiome in the fermentation of pu-erh tea, which is a well-known Chinese fermented food with a special flavor and healthful benefits. This study advanced the knowledge of microbiota, metabolites, and enzymes in the fermentation of pu-erh tea. These novel insights shed light onto the complex microbiome in pu-erh fermentation and highlight the power of integrated meta-omics approaches in understanding the microbiome in food fermentation ecosystems.