近日，中国热科院品资所木薯加工与综合利用研究团队在木薯叶蛋白质降解机制研究方面取得重要进展，该团队采用宏基因组技术研究了木薯叶自然发酵过程中微生物群落结构及其功能特性，分析了蛋白质降解相关菌种与其主要功能基因和蛋白酶基因功能特性，明确了蛋白质降解代谢通路和发酵过程中活性化合物（包括氨基酸和肽）的变化规律，揭示了木薯叶自然发酵过程中微生物降解蛋白质的机制，研究结果为拓展木薯叶利用和开发功能食品奠定了重要的理论基础。
木薯是世界第六大粮食作物，是世界热区近10亿人口赖以生存的主粮，也是我国生产淀粉、酒精、生物燃料等产品的重要原料。2022年全球木薯产量约3亿吨，木薯叶产量约1000万吨（FAO，2022年）。木薯叶富含丰富的蛋白质（18%～38%，DW）、矿物质和维生素，在撒哈拉以南非洲地区约 60% 的国家以及印度尼西亚、菲律宾和马来西亚等一些亚洲国家作为蔬菜食用，但由于其高含量的结构性蛋白质和氰化物限制了直接利用，导致大量木薯叶被作为废弃物丢弃。团队前期研究显示，发酵可显著降低木薯叶中氰化物含量，改善木薯叶消化率和风味特性。随着全球农业副产物管理的日益重视和我国大食物观战略的推动，高值化利用农产品副产物十分迫切，因此，探索木薯叶自然发酵的蛋白质降解机制对提高木薯叶高值化利用具有重要的理论和实践意义。
该研究着眼于木薯叶在自然发酵过程中微生物群落的功能基因组成和蛋白质降解机制，通过对非冗余基因的蛋白序列进行KEGG和eggNOG功能数据库的分析，发现在木薯叶发酵过程中，微生物群落的代谢活动主要集中在氨基酸代谢方面，而能量代谢则呈现下降趋势；木薯叶结构蛋白显著转化为富含必需氨基酸的可消化肽；以假单胞菌、肠杆菌、埃希氏菌和克雷伯氏菌等优势菌为主导的微生物活性影响着粗多肽和游离氨基酸浓度；Pearson相关性和宏基因组组装基因组（metagenome-assembled genomes, MAGs）分析表明，肠杆菌和乳球菌中丰富的蛋白酶和相关功能基因是木薯叶蛋白质降解的主要原因，这些发现证实了自然发酵可降低抗营养因子含量和提高木薯叶营养价值，并赋予更丰富的风味。
该研究成果以“metagenomic insights into protein degradation mechanisms in natural fermentation of cassava leaves”为题发表于《Bioresource Technology》，中国热科院品资所、湖南农业大学联合培养研究生张金泉、中国热科院品资所王琴飞副研究员为文章共同第一作者，中国热科院品资所张振文研究员和湖南农业大学宋勇教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研究与发展计划项目（2023YFD1000601）和国家现代农业产业技术体系项目（CARS-11-HNZZW）共同资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130433
日期：2024-02-26
