《Environmental Microbiology Reports》：Integration of MALDI-TOF MS and 16S rRNA Analysis for Identification of Plant-Based Fermentation-Associated Microbiota
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本研究通过整合MALDI-TOF MS（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱）和16S rRNA基因测序技术，系统分析了10种植物发酵基质中的微生物群落结构及其蛋白质组适应性。研究发现发酵基质的理化性质（如pH、碳水化合物、氨基酸及矿物质含量）显著影响乳酸菌（LAB）的组成和蛋白质表达谱，揭示了物种特异性蛋白信号与基质营养成分间的强相关性。该研究为优化发酵工艺、提升发酵食品品质及精准微生物鉴定提供了新的理论依据。
摘要
植物基发酵食品因其天然性和健康益处日益受到关注。本研究旨在探究不同植物发酵基质（包括黄瓜、甜菜根、花椰菜等10种样品）的理化组成如何影响微生物多样性及基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）蛋白质谱特征。通过结合MALDI-TOF MS和16S rRNA基因测序技术，研究成功鉴定出24个物种，分属5个分类学类别，并发现乳酸菌组成具有强烈的基质依赖性变异。
1 引言
发酵食品通过乳酸菌（LAB）代谢产生乳酸、益生菌和维生素等活性成分，兼具保鲜和健康功能。LAB在发酵过程中需适应高渗、低pH等胁迫环境，其蛋白质组响应机制尚不明确。MALDI-TOF MS作为快速微生物鉴定工具，在复杂发酵体系中的应用仍面临因蛋白表达差异导致的鉴定偏差。本研究通过多组学联用，解析植物基质对微生物群落结构及蛋白谱的影响。
2 材料与方法
实验选取10种传统发酵植物样品（如花椰菜、萝卜、黄瓜等），进行微生物分离培养，使用MALDI-TOF MS和16S rRNA测序进行物种鉴定，并测定pH、碳水化合物、氨基酸及矿物质（Na、K、Ca、Mg、Fe、Zn）含量。通过主成分分析（NMDS）、多样性指数（Shannon-Wiener指数、Simpson指数）及Pearson相关性分析评估微生物与理化参数间的关联。
3 结果
花椰菜和萝卜中微生物多样性最高（Shannon指数分别为2.83和2.52），而发酵柠檬仅分离出毕赤酵母（Pichia fermentans）。优势菌为植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）和副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）。相关性分析显示，戊糖乳杆菌（Lactiplantibacillus pentosus）丰度与pH呈正相关（PCC=0.66），与Ca、Mg浓度负相关；碳水化合物和Fe浓度与偶发棒杆菌（Corynebacterium amycolatum）和藤黄微球菌（Micrococcus luteus）呈正相关。MALDI-TOF MS蛋白谱显示，同一菌株在不同基质中表达差异显著，如L. brevis在黄瓜2中检测到91个m/z信号，而在萝卜中仅58个。通过UniProt数据库注释，发现特异性蛋白信号（如m/z6975 Da对应核糖体蛋白bL32），提示基质营养驱动蛋白适应性表达。
4 讨论
植物基质的营养成分（如花椰菜中高氨基酸含量）和胁迫因子（柠檬的低pH）共同塑造微生物群落结构。MALDI-TOF MS与16S rRNA测序结果高度一致，但部分近缘种（如Pediococcus属）需联合基因组数据以提升鉴定准确性。菌株蛋白谱的基质依赖性反映其代谢可塑性，如HPr磷酸载体蛋白（m/z9436 Da）的上调与碳水化合物代谢增强相关。该发现为发酵食品的微生物调控提供了分子依据。
5 结论
植物发酵基质的理化特性显著影响微生物多样性及蛋白表达模式。整合蛋白质组与基因组策略可提高复杂发酵体系中微生物鉴定的准确性，并为定向优化发酵工艺提供新视角。
