白腐菌强化堆肥木质素降解中对重金属胁迫的应答机制及有关功能基因研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51278176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    72.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Heavy metal-contaminated lignin wastes increase due to the high concentration of metal in plant residues from metal-contaminated sites. Heavy metal contamination interferes with lignin waste biodegradation and carbon cycles in nature, which is one of the most urgent problems. It was confirmed that the lignin wastes contaminated by heavy metal could be effectively degraded in composting with white-rot fungi. However, the related mechanisms are unclear. Therefore, we will investigate the response mechanisms of white-rot fungi to heavy metal stress in composting of lignin waste and the related functional genes. Main research content include: The response behaviours of mycelial morphology and cellular structure of white-rot fungi to heavy metal stress will be studied, and tracking study will be also performed to understand the effects of these response behaviours on translocation and accumulation of heavy metal in fungi. To reveal the response mechanisms of fungal degradation behaviour to metal stress, the enzyme production, enzyme kinetics, and lignin degradation route and products will be studied in the presence of heavy metal. The identification and expression analyses of metal-responsive genes from white-rot fungi will be performed, and we will develop ANN model to describe the relationship between metal-responsive genes and fungal response behaviours, which will reveal the molecular mechanism of fungal response to heavy metal. As a result, the response mechanisms of white-rot fungi to heavy metal stress in composting of lignin waste will be understand scientifically in terms of 3 aspects: fungal morphology, degradation behaviour and functional genes. The study could provide a theoretical basis on the treatment of metal-organic complexes by composting with fungi inocula, which is important for the development of composting technology. In addition, the study will also has its high instructional value for the researches on the biotechnology for pollution treatment and the genetic engineering of heavy metal resistance.
重金属与木质素类废物复合污染加剧,阻碍木质素降解乃至碳循环,是亟待解决的问题。目前已发现白腐菌强化堆肥法可降解重金属污染木质素类废物,但机理尚不清楚。为此,本项目拟深入研究白腐菌强化堆肥木质素降解中对重金属胁迫的应答机制及有关功能基因,包括:追踪研究重金属胁迫下白腐菌菌体细胞应答行为及其对重金属转运、积累行为的影响;考察重金属胁迫下白腐菌产降解酶、酶动力学、降解途径与产物等,剖析该菌降解行为对重金属的应答机制;识别白腐菌重金属应答基因并分析其功能、表达调控特征,构建其与白腐菌应答行为间的映射模型,揭示该菌应答重金属的分子机制,最终实现从形态学、降解行为及功能基因三个方面科学认识白腐菌强化堆肥木质素降解过程中对重金属胁迫的应答机制。本研究可为发展真菌强化堆肥法处理重金属-有机物复合污染提供理论依据,对推动堆肥技术的进步有重要意义,且对污染治理生物技术与耐重金属基因工程的研究有一定的指导价值。

结项摘要

重金属与木质素类废物复合污染处理方法与理论是亟待解决的问题。本项目从白腐菌形态学、降解行为及功能基因三个方面,深入研究了白腐菌强化堆肥木质素降解中对重金属胁迫的应答机制及有关功能基因,对推动堆肥法处理重金属-有机物复合污染的进一步发展具有重要意义。主要结论:(1)发现该菌对Cd和Pb有强富集性,低浓度下反刺激菌落增长,首次提出金属胁迫下该菌主要靠4种应答行为来减少胞内金属摄取:菌丝增生并缠绕更致密,阻碍金属向内迁移;细胞壁表面活性官能团的吸附、离子交换作用;分泌络合剂,将金属络合于胞外;胞内分泌抗氧化物,缓解胞内金属氧化毒性。该菌这些行为对阻碍胞内Pb摄取有效,但对Cd作用有限,Cd增加时刺激该菌细胞启动外排机制排出Cd而降低胞内积累,但高浓度下菌表面的Cd向胞内运输压力增大,使膜损伤而致溶菌。(2)Pb2+浓度低于200mg/kg促进产LiP、MnP、草酸及O2-和•OH,从而呈现高木质素降解率;Pb不通过诱导O2-过量致细胞损伤,主要抑制•OH清除而致菌损伤、降解能力削弱;低浓度Cd促进纤维素和半纤维素降解是由于其诱导了CMC酶和木聚糖酶产生,高浓度则抑制纤维素C-H键断裂、抑制LiP、MnP及其对S、G型木质素结构的断裂降解。(3)发现胁迫致使DNA氧化损伤,mnp1和mnp3基因易受重金属损伤,尤其mnp1表达量在重金属胁迫下减少,mnp2基因则有一定调控能力,但mnp基因表达与MnP酶活不是简单线性关系,可能受到mnp基因表达后多肽链的复杂修饰折叠等影响;TDF测序表明活性氧自由基生成、含硫代谢物合成和细胞壁的合成等相关的基因都受到Cd的调控影响,且该菌可能通过调控DNA甲基化等削减核酸内切酶对DNA的破坏;No.2、3、7、10、19、36 TDF主要涉及细胞代谢过程、催化过程、细胞调控、胁迫反应等功能,它们的出现是重金属胁迫引起的菌生长繁殖、代谢、木质素降解酶分泌与传输及其胞外发挥作用等变化的本质原因。

项目成果

期刊论文数量(43)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Application of molecularly imprinted polymers in wastewater treatment: a review
分子印迹聚合物在废水处理中的应用:综述
  • DOI:
    10.1007/s11356-014-3599-8
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research (SCI IF=2.76)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lu; Bing-An;Xu; Juan-Juan;Wang; Cong;Huang; Chao
  • 通讯作者:
    Chao
Response of extracellular carboxylic and thiol ligands (oxalate, thiol compounds) to Pb2+ stress in Phanerochaete chrysosporium
黄孢原平革菌胞外羧基和硫醇配体(草酸盐、硫醇化合物)对 Pb2 胁迫的响应
  • DOI:
    10.1007/s11356-015-4429-3
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research (SCI IF=2.76)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu; Piao;Zhang; Chen;Cheng; Min;Yan; Ming
  • 通讯作者:
    Ming
Composting of 4-nonylphenol-contaminated river sediment with inocula of Phanerochaete chrysosporium
接种黄孢原毛平革菌堆肥4-壬基酚污染的河流沉积物
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Bioresource Technology (SCI IF=4.917)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang; Rongzhong;Wan; Jia;Gong; Xiaomin;Xue; Wenjing
  • 通讯作者:
    Wenjing
Effect of ABTS on the adsorption of Trametes versicolor laccase on alkali lignin
ABTS对栓菌漆酶吸附碱木质素的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ibiod.2013.03.022
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    International Biodeterioration & Biodegradation (SCI IF=2.429)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li; Ning-Jie;Xu; Piao;Zhang; Chen;Xie; Geng-Xin
  • 通讯作者:
    Geng-Xin
Colorimetric screening of beta-glucosidase inhibition based on gold nanocomposites
基于金纳米复合材料的β-葡萄糖苷酶抑制比色筛选
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Analytical Methods (SCI IF=1.915)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu; Piao;Li; Ning-Jie;Li; Xue;Zhang; Chen
  • 通讯作者:
    Chen

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    大气科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高士博;闵锦忠;黄丹莲
  • 通讯作者:
    黄丹莲

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改性纳米铁协同植物修复重金属污染河道底泥的行为作用机理与修复效应研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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