微生物对重金属抗性机制的研究在理论、实际应用以及真核生物与人类的健康、重金属污染的生物修复等方面具有十分重要的意义。铜(Cu)是一类常见的生活和工农业生产中广泛使用的重金属元素,它既是生物生命活动必需的痕量元素又是一种在高浓度下对生物有害的重金属。目前对微生物中的细菌、真核生物中的酿酒酵母和果蝇的抗铜机制研究的已经较为深入。丝状真菌是一类十分重要的真核微生物,对工农业生产和人类生活影响巨大,但是与同样属于真核真菌的酿酒酵母在形态和代谢等各方面有着显著的区别。而且目前对丝状真菌的铜抗性研究几乎是一片空白。因此,研究丝状真菌和铜的相互作用机制具有十分重要的意义。微紫青霉菌(P.janthinellum菌株GXCR是本实验室获得的一株高抗铜的丝状真菌。由于全基因组测序未完成和遗传转化体系未能建立,从传统角度研究其抗铜机制遇到了困难。所以我们尝试从组学的角度、特别是蛋白质组学的角度开辟新的思路。本实验使用iTRAQ技术比较了铜抗性野生型(WT)微紫青霉菌株GXCR和铜抗性弱化的突变体(EC-6)在0、0.5和3 mM Cu处理下的6个蛋白质组,并结合质谱分析的功能验证方法研究了 GXCR在高浓度铜和低浓度铜影响下的蛋白质响应网络、受影响的基础代谢途径以及关键代谢节点的酶及其代谢产物的水平。本研究的主要结果:一共鉴定出了 495种已知的蛋白质。从实验结果中我们得出了以下结论:真菌对铜的耐性依赖于ATP的产生和供应,这是相关的糖酵解代谢途径以及氧化磷酸化、TCA循环、糖异生、脂肪酸合成等途径也受到高铜浓度影响的原因;在ATP生成途径中同时存在着对铜敏感和不敏感的代谢步骤;糖异生途径对于糖稀缺环境下真菌抗铜至关重要;真菌通过两条路线来改变其蛋白质组以应付铜浓度的变化:一个是从ATP,ATP依赖性途径、RNA解旋酶(ADRH)、核糖体生物合成到蛋白酶体;另一个是从ATP到ADRH对剪接体和/或胁迫适应RNA降解体;此外还存在着真菌应对高铜浓度环境的独特途径。此外,我们通过对代谢组数据的验证,在蛋白质组水平上提出了真菌响应高浓度铜胁迫的路径信号传导网络图。本研究不仅为环境生物修复工程提供了潜在的指示铜污染和目标代谢步骤的蛋白质生物标记、而且为深入研究其他真核生物的重金属抗性机制提供了线索。