缺氧条件下褐腐真菌松生拟层孔菌（Fomitopsis pinicola）降解木材的分子机制

本研究首次揭示褐腐真菌Fomitopsis pinicola在完全缺氧条件下仍能通过分泌植物细胞壁降解酶（PCWDEs）分解木质纤维素。通过野外采样结合固态核磁共振（ssNMR）和蛋白质组学技术，研究人员发现该真菌在缺氧环境中从依赖Fenton反应转向水解酶主导的降解策略，为理解森林碳循环及开发厌氧生物处理技术提供了新视角。

　　

在森林生态系统中，木质纤维素的分解是碳循环的关键环节，而担子菌门真菌是这一过程的主要驱动力。传统研究认为，褐腐真菌依赖需氧的Fenton化学反应降解木材，但木材内部常存在缺氧环境，这种矛盾现象长期未被阐明。最新发表在《Nature Communications》的研究颠覆了传统认知，揭示了褐腐真菌在完全缺氧条件下的生存策略。

法国国家农业食品与环境研究院（INRAE）等机构的研究团队通过多学科方法，首次证实松生拟层孔菌（Fomitopsis pinicola）能在无氧环境中生长并降解木材。研究人员结合野外采样、非侵入式氧浓度监测、定量蛋白质组学和¹³C标记的固态核磁共振技术，发现该真菌在缺氧条件下会激活一套完整的碳水化合物活性酶（CAZymes）系统，包括内切木聚糖酶（GH10）、阿拉伯呋喃糖苷酶（GH43）和半乳糖苷酶（GH27）等，从而实现对葡甘露聚糖和木聚糖的高效水解。

关键技术包括：1）野外采样建立不同腐烂年限的挪威云杉样本库；2）非侵入式光学传感器监测木材内部O₂梯度；3）定量PCR和扫描电镜验证缺氧条件下的菌丝生长；4）基于质谱的蛋白质组学分析分泌酶谱；5）¹³C固态核磁共振追踪多糖代谢流向。

主要研究结果

A restricted microbial community decomposes wood under O₂ constraints in nature

通过野外采样和元蛋白质组学分析，发现木材内部缺氧区域（O₂<2%）仍存在活跃的微生物群落，其中F. pinicola在树干中心缺氧区域占主导地位。

Fomitopsis pinicola can grow and decay wood in anoxia

设计特殊培养系统证实该真菌在完全缺氧（O₂<2 ppm）条件下仍能生长，14天内造成8-9%的木材质量损失，并通过PACE技术检测到半纤维素骨架的可及性增加。

In anoxia, Fomitopsis pinicola decays wood polysaccharides to build its cell wall

固态核磁共振显示，缺氧培养的木材中乙酰化甘露聚糖信号（101 ppm）显著降低，同时检测到真菌细胞壁组分β-1,3-葡聚糖（87.0/68.3 ppm）和几丁质（55.4/103.9 ppm）的合成信号。

Secretion of a complete set of PCWDEs in anoxia

蛋白质组学揭示缺氧条件下GH10、GH43等水解酶表达量增加25%，而需氧的草酸氧化酶（产生H₂O₂）仅在常氧条件下检测到，表明代谢策略的彻底转变。

这项研究改写了传统木质纤维素降解理论，提出褐腐真菌采用"阶梯式"降解策略：在富氧表层依赖Fenton反应，而在缺氧深层转为酶水解主导。该发现不仅解释了真菌在自然界的广泛分布，还为开发新型厌氧生物炼制技术提供了酶资源。研究强调，现存真菌基因组中保留的水解酶基因库具有重要的生态适应意义，这种缺氧代谢能力可能在担子菌中比预想的更为普遍。