木质素的生物降解是世界性的研究热点和难题,弄清木质素的生物降解机理是需首要阐明的关键科学问题,也是解决实际应用问题迫切需要的理论基础。本研究以具有降解木质素能力的烟曲霉菌发酵不同木质素模型化合物底物,联合蛋白质组学与代谢组学技术手段,旨在阐明该菌株在降解木质素过程中降解酶系的表达及相关代谢途径,弄清其产酶和降解的机制。首先,本研究以烟曲霉(Aspergillus fumigatus)G-13发酵3种木质素模型化合物底物(阿魏酸、对香豆酸和芥子酸),筛选出最适A.fumigatus G-13生长的底物浓度,以及在最适底物浓度条件下菌株所产木质素酶活性差异最大的底物。结果表明:最适生长的底物浓度分别为1 mol/L的芥子酸、1 mol/L对香豆酸和2 mol/L阿魏酸;而菌株发酵对香豆酸底物与芥子酸底物所产酶活性差异最大。因此,选择对香豆酸与芥子酸作为A.fumigatus G-13发酵的底物,进行后续蛋白质组学及代谢组学分析。其次,通过Label-free蛋白质组学分析,共鉴定到1447个肽段,鉴定到208个蛋白。其中发生显著变化的蛋白质共有134个,73个蛋白质发生上调,61个蛋白质发生下调。筛选后发现A.fumigatus G-13降解木质素模型化合物的关键蛋白为儿茶酚双加氧酶、谷胱甘肽还原酶、葡聚糖酶、异戊醇氧化酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、超氧化物歧化酶。基于LC/MS的非靶向代谢组学技术检测菌株在降解木质素模型化合物各个阶段的中间代谢产物。其中,正负离子模式分别获得了8832和4223个代谢物,4173和1596个被注释。代谢物的种类主要为氨基酸、脂质、碳水化合物、有机酸及其衍生物、苯环型化合物及有机杂环化合物。对差异代谢物功能进行富集分析发现A.fumigatus G-13存在若干与木质素的降解相关的途径,其中淀粉和蔗糖代谢、磷酸戊糖途径、谷胱甘肽代谢及二羟基化芳环的邻位裂解途径与木质素降解紧密联系。综上,联合蛋白质组学与代谢组学方法对A.fumigatus G-13降解木质素模型化合物的生物学途径进行探讨。研究发现该菌株发酵芥子酸底物产木质素酶活高于对香豆酸底物的原因与芥子酸紫丁香基结构中芳基醚含量高有关。A.fumigatus G-13降解木质素主要通过断裂木质素结构中Cα-Cβ化学键、氧化侧链和催化苯环裂解,将木质素解聚生成二芳基丙烷和芳基醚等低聚体,然后双加氧酶作用于苯环促使其裂解。由联合组学分析结果推测芥子酸底物可以向磷酸戊糖途径提供一个重要的分流来平衡代谢通量,有效防止代谢抑制作用进而提高产酶。部分表达上调的酶系有利于启动多反应相互协调配合,加速机体内甲基化过程,进一步促进菌株能量代谢辅助菌体对木质素的降解。该研究通过不同生物信息学手段对关键酶及代谢通量进行分析,并对甄选的关键蛋白和代谢物进行验证和解析,为以后天然木质纤维素底物降解或解聚过程的研究奠定基础。