南极海冰酵母Rhodotorula mucilaginosa AN5低浓度镉胁迫下的生理与蛋白质组学整合分析揭示新型耐金属机制

南极海域日益严重的重金属污染对极端环境微生物的生存构成威胁。山东自然科学基金支持的研究团队通过形态学观察、生理学检测及iTRAQ定量蛋白质组学技术，首次揭示南极红酵母Rhodotorula mucilaginosa AN5通过细胞形态改变、PPAR信号通路调控不饱和脂肪酸合成及氧化还原平衡等机制适应镉胁迫，为极地微生物重金属耐受机制提供新见解。

　　

南极大陆覆盖着1400万平方公里的冰层，其独特的极端环境孕育了具有非凡适应能力的微生物群落。然而，随着人类活动加剧，重金属污染物通过大气环流、洋流等途径侵入这片净土。尤其令人担忧的是，低温环境会延长重金属的持久性，而镉（Cd）作为国际癌症研究机构认定的"Ⅰ类致癌物"，能破坏细胞膜、损伤DNA并抑制生长。南极海冰微生物作为海洋食物网的基石，其耐重金属机制的研究却远落后于对温度、盐度等胁迫的认知。

由山东自然科学基金资助的研究团队在《Biochimie》发表论文，首次对南极海冰分离的担子菌酵母Rhodotorula mucilaginosa AN5展开低浓度镉（4 mM）胁迫下的整合分析。研究采用扫描电镜观察形态变化，结合生理指标检测和同位素标记相对定量（iTRAQ）蛋白质组学技术，并运用KEGG通路富集等生物信息学方法解析数据。

【形态学观察】
扫描电镜显示镉胁迫3天后酵母细胞体积增大21.3%，7天后出现表面凹陷。这种形态改变被证实可部分缓解镉毒性，是微生物应对金属胁迫的首道防线。

【生理与蛋白质组学分析】
研究首次在非动物领域发现过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路通过调控不饱和脂肪酸合成介导耐镉性。同时鉴定到谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）等抗氧化酶上调，维持活性氧（ROS）平衡；三羧酸循环（TCA）和糖酵解相关酶活性改变，表明能量代谢重编程在适应过程中的关键作用。

【讨论与结论】
该研究揭示南极酵母通过"三重防御策略"应对镉胁迫：①形态学重塑减轻金属渗透；②PPAR通路驱动的膜脂组成调整；③抗氧化系统与能量代谢的协同调控。这些发现不仅填补了极地微生物重金属应答机制的空白，其揭示的PPAR通路在真菌中的功能更为生物修复技术提供了新靶点。研究团队特别指出，南极微生物的特殊适应性可能源于长期进化压力，其耐金属机制的深入解析将为极端环境生物技术的开发开辟新途径。