木质素是一种储量丰富且可再生的生物资源,但是木质素结构的致密性和复杂性导致其在高值化利用方面存在巨大挑战。迄今报道的高效转化木质素的微生物种类相对有限,并且木质素生物转化的复杂机制尚未明晰,导致自然生物系统解聚木质素的过程特征难以精准设计。
近期,中国科学院天津工业生物技术研究所吴信研究员带领的营养资源生物合成研究团队,在降解木质素生物资源挖掘和木质素代谢网络解析方面取得了新进展。团队成功分离并鉴定到一种新型的木质素降解真菌——Myrothecium wuxin,其与同属已知基因组序列物种的ANI < 80%,表明其为Myrothecium属的一个新物种,并通过多组学分析深入揭示了M. wuxin解聚木质素的分子机制。基因组分析结果显示,M. wuxin的基因组大小为48.55 Mb,含有大量潜在的木质素降解酶基因在内的14,221个预测蛋白编码基因。进一步通过气质联用对M. wuxin降解木质素产物谱进行分析,鉴定出20多种中间芳香族代谢物。结合全基因组注释和对木质素响应的差异基因聚类分析,确定了参与木质素降解的关键基因与核心代谢途径,并成功预测了包括苯乙酸途径、苯甲酸途径和β-酮己二酸途径在内的至少九种木质素衍生芳香族中间代谢物的代谢途径,丰富并完善了真菌胞内的木质素代谢网络。该研究结果挖掘了快速降解木质素的天然生境新资源,而且为木质素定向解聚提供了理性的调控靶点,为温和条件下高效率和高选择性生物转化木质素提供了一种环境友好的绿色可持续性模式。
该研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持,相关研究结果发表于International Journal of Biological Macromolecules期刊,并获得授权国家发明专利1件。天津工业生物所助理研究员李金阳和硕士研究生蒋芳婷为该论文共同第一作者,天津工业生物所高乐副研究员和吴信研究员为通讯作者。
论文链接
多组学解析Myrothecium wuxin木质素利用机制