基于蛋白质组学和代谢组学整合分析的Paraconiothyrium variable GHJ-4降解木质素的分子机制

Lignocellulose is the most abundant renewable biomass resource on earth. However, the degradation of lignin is the key obstacle for transitioning lignocellulosic feedstock. Ascomycetes are one of the most efficient wood-degrading fungi，but molecular mechanism behind lignin degradation have not yet clear. In this study, we focus on investigating the molecular mechanisms of lignin degradation by ascomycete Paraconiothyrium variabile GHJ-4, having a certain lignin degradation capacity, using systems biology-based approaches involving proteomics and metabolomics techniques. On the basis of ascertaining the change of proteins and metabolites secreted by GHJ-4 during degrading natural lignin, screening relevant differential proteins and metabolites biomarker involved in lignin degradation, finding out the pattern of native lignin degradation of different components secreted by GHJ-4, and molecular mechanism behind lignin degradation in GHJ-4 through integrated analysis of proteomics and metabolomics data will be elucidated. Our findings will lay a theoretical foundation for future exploration for mechanism behind lignin degradation by ascomycetes in the nature, and also provide a useful reference for reconstructing of new lignin-degrading systems and using the available biomass resources more efficiently.

木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质能源，但其中的木质素难以降解成为制约其高效利用的瓶颈。子囊菌作为自然界最主要的木质素降解菌之一，其生物降解木质素的分子机制尚不明确。本项目以具有较强木质素降解性能的子囊菌Paraconiothyrium variabile GHJ-4作为研究材料，以蛋白质组学和代谢组学为主体的系统生物学方法为研究手段，查明天然杨木木质素降解过程中GHJ-4胞外大分子酶蛋白和小分子代谢物的变化；筛选出木质素降解相关酶蛋白和代谢标志物；探明GHJ-4胞外各活性组分对天然杨木木质素的降解规律；基于以上研究，从蛋白质组学和代谢组学水平上探索子囊菌Paraconiothyrium variabile GHJ-4生物降解木质素的分子机制。为全面揭示自然界子囊菌降解木质素的作用机制提供理论依据，为新型木质素降解反应体系的重新构建和生物质资源的高效利用提供有益的参考。

木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质能源，但其中的木质素难以降解是制约其高效利用的瓶颈。子囊菌作为自然界最主要的木质素降解菌之一，其生物降解木质素的分子机制尚不明确。. 本课题确定了GHJ-4产生漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶三种木质素降解酶的最优发酵条件并查明了其酶学性质；查明了GHJ-4对天然杨木木质素的最优降解条件，明确了其对杨木木质素和小麦秸秆木质素的降解规律；初步鉴定了GHJ-4降解杨木木质素过程中的胞外分泌蛋白，筛选出了相关酶蛋白；在此基础上，对其主要木质素降解酶之一漆酶进行了基因的克隆和异源表达，进一步明确了漆酶对木质素前体物质分子结构相似的染料的降解作用；初步探明了GHJ-4降解杨木木质素过程中的胞外代谢物，筛选出了相关代谢标志物；结合以上研究，从蛋白质组学和代谢组水平上探讨了GHJ-4生物降解木质素的分子机制。为全面揭示自然界子囊菌降解木质素的作用机制提供了参考，为新型木质素降解系统的重新构建提供了理论依据。