10-17 从腐朽生境白腐菌到白腐菌木质素讲解组学

报告题目:从腐朽生境白腐菌到白腐菌木质素讲解组学

报  告 人:张晓昱,华中科技大学教授,博士生导师

报告时间:10月17日,9:00-10:00

报告地点:闵行校区木兰楼A109

邀  请 人:王风平 This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

摘要:

木质纤维素是最丰富的可再生资源之一。其中由木质素及其复合超分子构成木质纤维素生物降解的抗性屏障,限制了碳素释放及利用。白腐真菌能通过分泌 木质素降解酶系对木质素进行降解,这类降解酶系也能对多种难降解芳香族污染 物进行降解。基于此,本研究在获得不同有效降解木质素的白腐菌株及其木质素 降解功能基因的基础上,从木质素分子结构表征、木质素生物降解酶系统、木质 素—芳烃污染物共基质降解组学等方面深入研究并揭示了木质素生物降解、木质 素—污染物共基质降解的分子机制。

采用 FTIR、1H NMR、13C NMR、2D NMR、Py-GC-MS 等技术对白腐真菌 降解前后的木质素结构进行表征,结果显示:生物降解后的木质素分子中的 β-5’、 5-5’、β-O-4 等关键连键断裂,紫丁香基/愈创木基比例显著降低,木质素与半纤 维素之间的阿魏酸酯键显著减少,苯环结构破坏,纤维素酶可及性及碳素释放增 强。结合基因组、转录组和蛋白组技术研究了白腐真菌 Irpex lacteus CD2 降解木 质素的机制 , 发 现 其依赖于 木 质 素 降 解 酶 系 统 DyP/MnP 、 辅助酶 系统 AOX/GLOX/AAO 和自由基系统实现对木质素的高效降解。自由基系统由 Fenton 反应产生的羟自由基和有机酸衍生的超氧阴离子自由基组成。在木质纤维素体系 下,MnP  通过形成三价锰降解酚型木质素,同时三价锰与有机酸反应生成超氧 阴离子自由基实现非酚型木质素的解构;在木质素体系下则由 DyP 降解木质素 酚型和非酚型结构,添加介体可提升非酚型木质素的降解率。利用分泌蛋白组学 研究了 Pleurotus ostreatus BP2 对不同木质纤维素基质的降解机制,发现高木质 素含量基质诱导锰酶分泌。木质素和半纤维素的降解效率与木质素降解酶和半纤 维素降解酶的分泌丰度呈正相关。说明木质素酶降解、半纤维素酶降解系统对于 木质纤维素生物降解与碳素释放至关重要。

利用特色白腐菌及其酶固定化技术实现了对多种难降解芳烃污染物的有效降解,建立了高效降解染料的木质素共基质体系并采用转录组学及蛋白质组学研 究了木质素共基质体系下促进 Irpex lacteus CD2 降解 DR5B 染料的机制。发现 木质素与染料共基质体系显著上调了锰过氧化物酶、多功能过氧化物酶以及与金 属结合、铁转运相关的蛋白、胞外产过氧化氢相关氧化还原酶,胞内尿黑酸 1,2- 双加氧酶等芳香化合物开环代谢酶等。揭示了木质素通过多种氧化还原酶系以及 辅助因子系统协同作用促进乳白耙菌 CD2 对 DR5B 染料降解的分子机制。相关 研究对于解除碳循环限速步骤、木质纤维素高效转化和环境污染物生物修复具有 重要理论意义与实践价值。

 

报告人简介:

张晓昱:博士,教授,博士生导师 华中科技大学环境资源微生物技术研究所所长 华中科技大学华中学者中国菌物学会理事 中国微生物学会环境微生物专业委员会委员, 湖北微生物学会常务理事

华中农业大学微生物专业学士、硕士,华中科技大学生物医学工程博士, 美国华盛顿州立大学访问学者。长期以与纤维质能源、环境生物处理与修复、生 物活性物质等相关的农林废弃物白腐菌等微生物降解与转化为研究特色,从基 因、蛋白质、物质代谢、分子生态等不同水平,重点突破木质纤维素超分子在生 物炼制、生物材料、生物活性物质等高效转化及芳烃类污染物生物降解中的理论 与技术瓶颈。率团队先后承担、参加了与承担了国家在环境、能源、活性物质等 重大需求密切相关的木质纤维素类废弃物及环境污染物生物降解与转化研究课 题,其中包括国家 973 课题 2 项、国家自然基金 6 项,863 子课题 5 项及省、部、 市委,企业合作项目等。其中 5 项研究成果达到国际先进水平。发表 SCI 论文 50 余篇,其中 A 类 40 余篇。授权技术发明专利 8 项。

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