木质纤维廉价而且来源丰富,可以用于生产燃料乙醇,六碳糖(葡萄糖)和五碳糖(木糖)是木质纤维素中含量最多的两种组分,但是在工业上广泛应用的产乙醇微生物——酿酒酵母不能发酵五碳糖。在以葡萄糖或木糖为唯一碳源的培养条件下对木糖发酵酵母Scheffersomyces stipitis(树干毕赤酵母Pichia stipitis)进行转录本测序和定量蛋白质组研究,鉴定蛋白质磷酸化修饰,预测蛋白质相互作用,测定部分代谢物含量,并整合以上研究的数据进行基因关联性分析,获得可能作为木糖发酵的潜在调控点的关键基因(蛋白质)。转录本测序显示89%的ORFs的转录没有显著变化,214个基因存在差异表达,其中147个转录上调,67个转录下调,转录差异的基因主要编码参与糖代谢和氧化还原反应的蛋白。无标记定量蛋白质组分析鉴定4,085种蛋白质,在木糖和葡萄糖样品中表达上调蛋白质分别是1,551和789种,在木糖培养条件下,定位到糖酵解和三羧酸循环中的蛋白质丰度变化不大,戊糖磷酸途径、脂肪酸代谢的差异蛋白质大部分上调,该结果与转录组分析一致。磷酸化蛋白质组鉴定351个磷酸化蛋白质,包括982个磷酸化修饰位点,其中在色氨酸、苏氨酸或酪氨酸上的磷酸化修饰分别为477、328和177个,23和45种磷酸化修饰蛋白在葡萄糖或木糖样品中丰度增加,糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径部分关键酶的磷酸化修饰受碳源影响。整合基因直系同源、基因本体论和基因共表达预测2,306个蛋白质形成26,528个相互作用对,进行聚类分析获得蛋白质互作网络中1类(51个)和2类(176个)的hub蛋白。基因关联分析显示S. stipitis在发酵葡萄糖或木糖时调控机制的多样化和复杂性,碳源影响糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径、糖转运、糖的异生作用、氨基酸代谢、脂肪酸代谢、呼吸链、氧化磷酸化和转录调控等相关功能基因的转录或者蛋白的磷酸化修饰。提出一套S. stipitis功能基因组学研究的新型整体解决方案,自主开发的软件解决了相关专门分析工具缺乏的难题,与数据库一起实现数据整合和数据挖掘工作。提出改进的鉴定磷酸化修饰位点的算法Pscore并开发Perl软件包实现该算法,Pscore提取b-、y-、a-和亚氨离子等类型的离子碎片信息,考虑离子碎片所带电荷以及可以区分独特型的离子信息。S. stipitis转录组和蛋白质组的研究揭示了酵母在转录、翻译以及蛋白质翻译后修饰水平进行葡萄糖或木糖发酵调控过程的丰富信息,结合基因(蛋白质)的关联分析可以帮助我们缩小寻找影响木糖发酵关键基因的范围,减轻以后筛选目标基因进行遗传修饰的工作量,同时为阐述木糖发酵调控机制提供更多的线索。