反刍动物饲料领域长期面临苜蓿青贮蛋白利用率低的难题——高达60%的氮素以氨态氮（NH₃-N）形式损失，既降低牛奶转化率又影响环境。传统方法因未能阐明蛋白降解的分子机制，难以实现精准调控。

近日，中科院微生物所钟瑾教授团队在Int J Biol Macromol 杂志上发表题为“In-depth proteomic analysis of alfalfa silage inoculated with Lactiplantibacillus plantarum reveals protein transformation mechanisms and optimizes dietary nitrogen utilization”文章。本研究通过整合蛋白质组学、微生物组学和代谢组学，首次揭示植物乳杆菌（L. plantarum）通过抑制植物源蛋白酶活性保留肽态氮的分子机制，为定向优化青贮蛋白营养价值提供新策略。拜谱生物为该研究提供了蛋白质组学和靶向氨基酸代谢组技术服务。

英文标题：In-depth proteomic analysis of alfalfa silage inoculated with Lactiplantibacillus plantarum reveals protein transformation mechanisms and optimizes dietary nitrogen utilization（Int J Biol Macromol IF:8.5）

中文标题：对接种植物乳植杆菌的紫花苜蓿青贮饲料进行深入蛋白质组学分析，揭示蛋白质转化机制并优化日粮氮利用

客户单位：中科院微生物所

研究材料：紫花苜蓿组织样本

拜谱提供技术：蛋白质组学、靶向氨基酸代谢组

技术路线：

研究结果

1、青贮发酵调控：菌株定向改善品质

为评估植物乳杆菌对青贮发酵的调控作用，研究设置四组处理：新鲜苜蓿（FR）、无菌水对照（CK）、产蛋白酶菌株NP92（LN）及非产蛋白酶菌株B90（LB）。通过pH、有机酸及纤维含量分析发现（图1A-I），LN与LB处理组pH显著降低，乳酸含量提升，同时中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量降低。这表明植物乳杆菌通过加速酸化抑制有害微生物，减少干物质损失并提升可消化碳水化合物比例。

图1 紫花苜蓿青贮饲料的发酵和营养质量概况

2、氮组成分析：肽段转化与氮损失

为解析菌株对氮转化的影响，研究采用康奈尔净碳水化合物-蛋白质系统（CNCPS）分析蛋白质组分。LN/LB处理使瘤胃可降解的真蛋白（PB1）增加，肽态氮（peptide-N,存在于肽类物质中的氮元素）含量显著提升，同时氨态氮（NH₃-N）降低（图2C-H）。证明植物乳杆菌通过抑制脱氨作用减少氮损失，并将蛋白质向高利用价值的肽段转化。

图2 紫花苜蓿青贮饲料蛋白质组分组成和的氮组成

3、蛋白质组全景：植物内源蛋白酶主导转化

基于蛋白质组学数据，研究者绘制青贮过程蛋白质动态图谱。青贮导致45–55 kDa高丰度蛋白降解，而55–70 kDa蛋白酶类显著上调（图3C-D）。

图3 紫花苜蓿蛋白质组的深入表征

GO功能富集显示（图4A-D），青贮过程显著激活水解酶活性。关键蛋白酶如三肽基肽酶、羧肽酶和丝氨酸蛋白酶被鉴定为核心转化驱动因子。值得注意的是，LN/LB处理下调了羧肽酶与丝氨酸蛋白酶表达，抑制肽段向氨基酸的过度水解，解释其提升肽态氮的机制（图4E-I）。

图4 处理之间的蛋白质组差异与其功能作用有关

4、肽段与氨基酸谱：生物活性挖掘

多肽组学鉴定出58种青贮特征肽段（图5A-C），其中二肽Ile-Pro、Pro-Val为优势组分。25种肽段具有ACE抑制、DPP-IV抑制及抗氧化活性。靶向氨基酸代谢组分析显示LN/LB处理显著提升谷氨酸（Glu）和精氨酸（Arg）含量，二者分别增强青贮风味和哺乳动物蛋白质合成。

图5 紫花苜蓿青贮饲料的肽丰度和氨基酸水平揭示了蛋白质降解特征

5、微生物组驱动：绝对定量验证菌群功能

采用绝对定量16S测序（AQ-16S-seq）分析微生物群落。LN/LB组中植物乳杆菌丰度显著增加，并抑制肠球菌（Enterococcus mundtii）等有害菌（图6A-E）。PICRUSt功能预测表明，微生物蛋白酶基因在菌株处理下普遍下调，证实蛋白质转化主要由植物内源酶驱动。（图6F-H）

图6 微生物群落改变和微生物代谢有助于肽水平

Spearman相关性分析构建微生物-代谢物互作网络。植物乳杆菌与乳酸/乙酸比值、功能性肽段（如Val-Ile-Arg）呈强正相关，与NH₃-N、纤维含量及肽酶基因表达负相关。冗余分析进一步确认该菌通过酸化环境抑制肽酶活性，维持肽段稳定性（图7D-H）。

图7 微生物和代谢物之间的关系确定了关键物种

文章小结

本研究通过多组学联合分析破解了苜蓿青贮蛋白转化黑箱：首次明确植物源三肽基肽酶是降解大分子蛋白为肽的核心酶，而植物乳杆菌通过快速酸化抑制肽酶活性，使肽态氮保留量显著提升。该机制解析为开发靶向蛋白酶抑制剂、工程菌株及高肽氮青贮工艺奠定理论基础，对减少反刍动物豆粕依赖、降低牧场氮排放具有重要应用价值（图8）。

图8 苜蓿青贮中植物乳杆菌介导蛋白质转化的机制图

拜谱小结

本研究通过多组学方法（蛋白质组学、代谢组学、微生物组学）探究植物乳杆菌对苜蓿青贮蛋白质转化的影响，为优化氮利用率提供理论依据。该研究成果中拜谱生物为其提供蛋白质组学和靶向氨基酸代谢组学技术支持。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，可提供完善成熟的蛋白质组学、修饰蛋白质组学、代谢组学、转录组学等多组学产品技术服务体系，整合多组学数据进行深入挖掘分析，全面解析机制机理等，助力高分文章发表。

参考文献:

Xia T, Wang T, Zhang J, et.al. In-depth proteomic analysis of alfalfa silage inoculated with Lactiplantibacillus plantarum reveals protein transformation mechanisms and optimizes dietary nitrogen utilization. Int J Biol Macromol. 2025 May;309(Pt 2):142638. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2025.142638.