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Contents 5

ABSTRACT 10

Ⅰ. INTRODUCTION 13

Ⅱ. MATERIALS AND METHODS 15

1. Isolation of Penicillium spp. from meju 15

2. Genomic analysis of Penicillium spp. 16

2.1. Genome sequencing and assembly 16

2.2. Gene prediction and annotation 16

2.3. Genome sequences of Penicillium originated from meju and other habitats 17

2.4. Assembly completeness assessment 21

2.5. Average Nucleotide Identity (ANI) analysis 21

2.6. Ortholog and phylogeny analysis 22

2.7. Enzyme profile prediction analysis 22

2.8. Pangenome analysis 23

Ⅲ. RESULTS 24

1. Whole-genome analysis of 44 Penicillium spp.: Structure, Similarity, and Evolution 24

2. Adaptation of enzyme profiles to fermentation environments 29

2.1. Predicting CAZymes in Penicillium and their Impact on soybean fermentation 29

2.2. Predicting proteases in Penicillium and their impact on soybean fermentation 35

2.3. Predicting unsaturated fatty acid related enzymes corresponding to soybean substrates in Penicillium spp. 41

2.4. Gene flavor-related enzyme analysis of Penicillium strains from meju and cheese 44

3. Pangenome analysis of Penicillium genus 50

Ⅳ. DISCUSSION 56

Ⅴ. REFERENCES 59

Ⅵ. ABSTRACT IN KOREAN 62

List of Tables 8

Table 1. Penicillium spp. strain used in this study 18

Table 2. Comparison of flavor amino acid gene counts in meju and cheese strains and P. polonicum IBT4502 46

Table 3. Overlapping and strain-specific gene counts of outstanding strains isolated from meju and cheese, Including P. polonicum... 53

List of Figures 9

Figure 1. Genome characteristics of 44 Penicillium spp. 26

Figure 2. ANI analysis of 44 Penicillium strains revealing genomic similarities and diversity 27

Figure 3. Phylogenomic tree of 44 Penicillium and 2 Aspergillus strain 28

Figure 4. CAZyme analysis of Penicillium spp. 34

Figure 5. Protease analysis of Penicillium spp. 40

Figure 6. Unsaturated fatty acid enzymes corresponding to soybean substrates analysis of... 43

Figure 7. Characterization of flavor amino acid genes in meju and cheese of Penicillium spp. 49

Figure 8. Comprehensive analysis of the pangenome distribution in Penicillium species 52

Figure 9. Functional analysis of soybean decomposition and flavor enzyme genes using... 55

초록보기

 본 연구에서는 메주에서 분리된 Penicillium 균주와 다양한 서식지에서 분리된 균주들에 대한 생리적, 유전적 특성을 종합적으로 분석하여 이들 균주가 발효 과정에서 가지는 잠재적 역할을 규명하고자 하였습니다. Penicillium 속 곰팡이는 다양한 자연 및 인위적 환경에서 서식할 수 있는 높은 적응력을 지니며, 유기물 분해와 영양 순환 과정에서 중요한 생태적 역할을 수행합니다. 특히, 토양, 식물 잔해, 음식, 발효 제품 등에서 빈번히 발견되며, 발효 식품인 메주에서도 다양한 효소를 통해 특유의 풍미와 향을 형성하는 데 기여합니다.

본 연구에서는 팬게놈 분석을 통해 메주에서 분리된 Penicillium 균주와 다른 환경에서 분리된 균주들의 유전자 구성을 비교함으로써 발효 과정에 중요한 유전적 및 기능적 다양성을 밝히고자 했습니다. 이 분석 결과는 메주와 같은 콩 발효 환경이 Penicillium 속 균주들에 선택적 압력을 가하여 콩 분해에 유리한 효소 유전자를 보유하게끔 만들었음을 시사합니다. 특히, 메주에서 분리된 P. polonicum MJ1229 균주는 다른 서식지의 균주들보다 콩 분해 관련 효소 유전자 비율이 높아 콩 발효 과정에서 중요한 역할을 할 가능성이 높음을 보여줍니다. 이는 메주에서 분리된 Penicillium 균주의 약 40%가 P. polonicum이라는 관찰 결과와도 일치하며, 메주 발효 과정에 최적화된 균주로서의 잠재적 가능성을 강조합니다.

또한, 본 연구는 Penicillium 속 균주의 생태적 역할과 전통 발효 식품에서의 응용 가능성을 탐색하는 데 기여하며, 이를 통해 메주와 같은 전통 식품의 품질 향상뿐 아니라, 새로운 발효 스타터 개발의 기반을 제공합니다. 이러한 연구 결과는 발효 메커니즘에 대한 이해를 높이고, 다양한 산업 및 환경 공정에서 Penicillium 균주의 지속 가능한 활용 가능성을 제고할 것입니다. 연구의 결과는 발효 산업의 발전에 중요한 기여를 할 것으로 기대되며, 농업, 식품, 생명공학 등 여러 분야에서 Penicillium 균주의 응용 가능성을 확장하는 데 기초 자료로 활용될 수 있습니다.

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