通过研究和改造木质纤维素降解真菌的纤维素酶产酶机制,可以有效提高纤维素酶产量,降低以木质纤维素为原料的生物燃料生产成本。真菌如何感知纤维素底物,并表达和分泌纤维素酶,其分子机制目前还不清楚。一般认为,纤维素的酶解产物纤维二糖是纤维素酶基因表达的诱导物。但是真菌产生的β-葡萄糖苷酶能水解纤维二糖为葡萄糖,导致诱导能力的丧失。本研究利用丝状真菌粗糙脉孢菌的β-葡萄糖苷酶基因敲除突变体,使之不能水解纤维二糖,在此基础上,分析比较了纤维二糖以及微晶纤维素、蔗糖和无糖等不同碳源条件下,粗糙脉孢菌β-葡萄糖苷酶基因敲除突变体的蛋白表达以及蛋白磷酸化水平的变化。定量蛋白组学和定量磷酸化蛋白组学研究结果表明,粗糙脉孢菌在纤维二糖或纤维素存在时,出现大量的转录后调控。与蔗糖或无糖条件相比,纤维素二糖或微晶纤维素处理后,上百个蛋白的水平有明显上调或下调,有数百个磷酸化肽段在体内的水平有明显变化。功能聚类分析表明,纤维二糖和纤维素可能通过影响糖转运及其代谢过程相关蛋白的水平,调控纤维素酶的的表达。此外,纤维二糖和纤维素还可能通过影响细胞信号传导过程中的蛋白激酶以及转录调控因子的磷酸化状态,实现对纤维素酶表达和分泌过程的调控。例如,在纤维素或纤维二糖的存在下,Cellodextrin Transporter-like Protein 1(CLP1)的蛋白水平和磷酸化状态均有明显变化。前期研究表明,虽然CLP1不能转运纤维二糖,但通过调控纤维二糖转运蛋白CDT-1的表达水平,影响纤维素酶基因的表达。粗糙脉孢菌转运纤维二糖的能力主要通过CDT-1和CDT-2。因此,CDT-1和CDT-2在响应纤维二糖或纤维素介导的纤维素酶表达和分泌过程中发挥着重要作用。本研究进一步利用体外定向进化的方法,构建了CDT-1和CDT-2的随机突变体库,为深入探索纤维二糖调控纤维素酶表达的作用机制提供了基础。结合蛋白组学数据分析所挖掘出的多个功能未知的基因,为进一步系统探索纤维二糖在纤维素酶诱导、表达、分泌过程中的调控作用机制提供了方向和基础。