硒（Se）是多种生物过程的关键元素，在制造业中同样应用广泛。但其氧化态化合物亚硒酸盐的环境污染已成为重大公共卫生隐患。微生物转化技术可将亚硒酸盐高效转化为低毒且具工业潜力的元素硒纳米颗粒（SeNPs）。

青岛农业大学章晋勇教授团队在《Multi-pathways-mediated mechanisms of selenite reduction and elemental selenium nanoparticles biogenesis in the yeast-like fungus Aureobasidium melanogenum I15》一文中，解析了酵母样真菌Aureobasidium melanogenum I15通过多途径协同机制实现亚硒酸盐还原及元素硒纳米颗粒（SeNPs）生物合成的分子基础。该研究为硒污染生物修复提供了创新理论模型。拜谱生物为该研究成果提供了代谢组学和蛋白组学检测分析服务。

英文标题：Multi-pathways-mediated mechanisms of selenite reduction and elemental selenium nanoparticles biogenesis in the yeast-like fungus Aureobasidium melanogenum I15(Journal of Hazardous Materials ,IF:12.2)

中文标题：硒酸盐还原和元素硒纳米颗粒生物合成在类似酵母的真菌Aureobasidium melanogenum I15中的多途径介导机制

客户单位：青岛农业大学

研究材料：Aureobasidium melanogenum I15真菌

拜谱提供技术：代谢组学和蛋白组学

图1.文章技术路线图

实验设计

从蜜蜂蜂巢中分离培养获得A. melanogenum I15菌种，酵母浸出粉胨葡萄糖（yeastextractpeptonedextrose，YPD）培养基进行培养，添加不同浓度的亚硒酸钠以供元素硒纳米颗粒（SeNPs）的形成；

为了研究A. melanogenum I15在亚硒酸盐还原和硒纳米颗粒形成过程中的代谢变化及其机制，进行了代谢组学和蛋白组学检测，同时针对谷胱甘肽和铁载体在亚硒酸盐还原和硒纳米颗粒形成过程中的作用进行了探究。

研究结果

1.A. melanogenum I15能够将有毒的亚硒酸盐还原为无毒的硒单质

菌落形态、S型生长曲线和菌体形态变化表明，A. melanogenum I15耐受金属毒性，且其对Na₂SeO₃的还原效率先随浓度上升而提高，至1 mM时达90%。后续随浓度上升而下降（图2A-D），这一规律与其他菌种研究一致。

图2.亚硒酸钠添加对A. melanogenum I15生长的影响

2.亚硒酸盐还原和硒纳米颗粒形成过程中的代谢谱变化

在亚硒酸盐胁迫中识别到了747种差异表达代谢物，其中有机酸及其衍生物，有机杂环化合物占主导（图3 A-C），KEGG和HMDB富集结果显示，差异代谢物在多种氨基酸代谢，核苷酸代谢，脂质代谢和TCA循环，次级代谢物合成和膜转运相关通路富集（图3 D,E）。

图3.亚硒酸盐胁迫中A. melanogenum I15的代谢谱变化

对代谢结果的进一步分析表明：甘露聚糖含量显著上升，显示菌株通过增强细胞壁结构抵御金属胁迫；亚硒酸盐胁迫显著改变A. melanogenum I15膜脂构成，不饱和脂肪酸含量增加，体现其通过膜重塑机制应对胁迫（图4 A - C）。此外，谷胱甘肽代谢和金属载体相关途径在硒酸盐还原中起重要作用，该菌株表现出GSH及其前体代谢物耗竭，且鸟氨酸和精氨酸显著变化，氯化铁条件下的实验也证实其可产生高水平羟肟酸铁载体。

图4.A. melanogenum I15抗亚硒酸盐胁迫机制

3.亚硒酸盐还原和硒纳米颗粒形成过程中的蛋白质谱变化

亚硒酸盐胁迫下，有244种上调蛋白和595种下调蛋白。GO富集示差异蛋白多参与氧化还原酶活性，KEGG显示上调蛋白富集于N - 糖苷等途径，下调蛋白多在氨基酸等代谢途径（图5 A-D），与代谢组一致。上调蛋白参与糖脂代谢致细胞膜和细胞壁变化，能量代谢途径下调因线粒体功能障碍，造成ATP减少、生长紊乱、生物量降低，与细胞形态及生物量结果对应。

图5.亚硒酸盐胁迫中A. melanogenum I15差异蛋白富集情况

文章小结

本文章探究了A. melanogenum I15耐亚硒酸盐胁迫和将亚硒酸盐还原为无毒的Se0的生物学机制，结果显示，A. melanogenum I15通过改变细胞壁和脂膜结构来耐受亚硒酸盐胁迫，同时伴随着形态改变；而其还原亚硒酸盐则是通过包括谷胱甘肽/谷胱甘肽还原酶途径、硫氧还蛋白/硫氧还蛋白还原酶途径、铁载体介导的途径和多种氧化还原酶介导的通路（图6）。本研究首次报道了亚硒酸还原和元素硒纳米颗粒（SeNPs）在酵母样真菌中的生物合成机制，为亚硒酸污染的生物修复和功能性有机硒化合物的研究提供理论依据。

图6.A. melanogenium I15中亚硒酸盐还原及硒纳米颗粒（SeNPs）形成的机制与示意图

拜谱小结

本研究通过多组学对A. melanogenium I15亚硒酸盐耐受和还原的机制进行研究，拜谱生物为本研究提供了蛋白组学和代谢组学检测分析服务，拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，可提供完善成熟的蛋白质组学、修饰蛋白质组学、代谢组学、转录组学等多组学产品技术服务，整合多组学数据进行深入挖掘分析，全面解析机制机理等，助力高分文章发表。欢迎咨询！

参考文献

Xue S J, Zhang X T, Li X C, et al. Multi-pathways-mediated mechanisms of selenite reduction and elemental selenium nanoparticles biogenesis in the yeast-like fungus Aureobasidium melanogenum I15[J]. Journal of Hazardous Materials, 2024, 470: 134204.