PNAS | 美国国家可再生能源实验室突破性研究揭示白腐真菌在植物木质素碳固存中的价值！

到目前为止，科学家们还不确定白腐真菌（自然界中最有效的木质素降解生物）是否会消耗分解木质素产生的产物。美国国家可再生能源实验室（NREL）的科学家们进行的一项基础性研究首次表明，白腐真菌能够利用从木质素中捕获的碳用作碳源。该研究最近发表在PNAS上，论文题目为Intracellular pathways for lignin catabolism in whit-rot fungi，资深作者为NREL的Davinia Salvachúa Rodriguez。其他合作作者来自西北太平洋国家实验室的环境分子科学实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的联合基因组研究所。

白腐真菌进化为降解木质素：地球上最顽强的生物聚合物（Molecular Biology and Evolution | 研究揭示植物生物质降解真菌的生活方式演变！）。木质素有助于使植物的细胞壁更坚硬。植物的其他部分，例如纤维素，也是难降解的，但是可以完全解聚为单体物质，例如用作生物燃料和生化前体。但是木质素的难处理性以及缺乏将木质素解构并将其转化为单体化合物的有效方法阻碍了基于植物的生物精炼厂的可行性。

研究人员在这篇文章中证明的是，白腐真菌实际上可以利用木质素衍生的芳香族化合物作为碳源，这意味着它们可以食用它们并利用它们来生长。这是自然界中碳固存的另一种策略，以前没有报道过。本研究奠定了基于木质素被白腐真菌分解的新研究领域的基础，该木质素可以被进一步利用以同时将生物聚合物转化为增值化合物。

研究人员检查了两种白腐真菌：Trametes versicolor和Gelatoporia subvermispora。通过使用基因组分析、同位素标记和系统生物学方法，研究人员确定了这些生物体将木质素衍生的芳香族化合物中的碳纳入中心代谢的能力，并能够为该转化过程绘制潜在的芳香族分解代谢途径。此外，体外酶分析能够验证所提出的一些步骤。研究人员还强调，这项工作仅仅是发现新的酶和途径并更好地了解这些生物中碳通量的广阔领域的开始。

木质素约占生物圈有机碳的30％。对气候变化的担忧引发了人们对碳循环问题的日益关注，在碳循环问题中，碳被诸如植物等自然宿主从大气中吸收，然后分解并返回大气或其他自然宿主。由于土壤中存储的碳比大气或植物中存储的碳更多，因此白腐真菌现在被定位为土壤中木质素衍生碳封存的关键角色。

研究人员已经证明了某些细菌菌株也能分解木质素，但不如白腐真菌有效。细菌比真菌更容易处理，因为它们生长更快，而且许多细菌具有遗传易感性，与白腐真菌相反。使用真菌，一个实验可能需要长达两个月的时间。对于细菌，则可以每周做一次。

图1. 木质素通过白腐真菌矿化成CO₂的潜在途径和本研究进行的分析

图2. ¹³C标记实验表明木质素衍生的化合物向中心代谢的碳通量

图3. 在T. versicolor和G. subvermispora中提出的4-HBA转化途径

图4. 蛋白质组学和转录组学分析以及体外生化验证

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