塑料作为全球产量最大、用途最广的人造材料之一，因其高度稳定性和持久耐用性，在日常生活中扮演着不可或缺的角色。塑料在风化降解作用下，较大塑料碎片会逐渐分解为粒径小于5毫米的合成有机聚合物——微塑料（MPs）。由于MPs对环境的危害更具持久性和强烈性，已成为国际上广泛关注的污染物之一，亟需寻找环境友好、降解率高且成本低廉的降解方法。

生物修复因其环境友好特性成为消除环境污染最有效的手段。真菌凭借其特殊的菌丝网络延伸能力，能够到达其他微生物难以触及的区域。目前关于MPs降解的研究多集中于细菌，而针对真菌的相对较少。采用食用菌降解MPs，不仅能为食用菌资源化利用提供新途径，更可以填补食用菌作为工程菌生物降解MPs的研究空白。

随着组学技术的蓬勃发展，多组学联合分析已成为机制研究的"黄金标准"。其中，转录组学与蛋白质组学作为基因表达调控的上下游环节，二者联合不仅能够突破传统单组学研究"管中窥豹"的局限，更通过"1+1>2"的协同效应，为生命过程的解析提供了多维视角。转录组学和蛋白质组学联合，一方面可以巧妙利用两组学间的差异性和互补性，构建交叉验证体系，有效区分噪声，显著提升数据的可靠性；另一方面，通过整合mRNA转录动态与蛋白功能表达，系统绘制"从基因到功能"的全景调控网络，不仅能捕捉转录-翻译水平的协同调控事件，更能深度挖掘隐藏调控网，揭示转录后调控事件。这种立体化的研究范式，为复杂生物学机制的解析提供了前所未有的深度和广度。

近期，成都大学食品与生物工程学院的研究者们在环境科学类顶刊Journal of Hazardous Materials （IF=12.2，Q1）上发表了题为“Study on the degradation efficiency and mechanism of polystyrene microplastics by five kinds of edible fungi”的新成果。该研究通过转录组学和蛋白质组学的联合分析，系统研究了食用菌降解聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）的作用机制，为进一步丰富和完善食用菌降解PS-MPs的理论认知奠定了基础。9499www威尼斯为该项研究提供了转录组和DIA定量蛋白质组学检测及组学关联分析服务。

研究方案设计

研究思路

全文摘要

研究结果

1.生物降解试验

在为期50天的PS-MPs降解实验中（以PS-MPs为唯一碳源）发现，五种食用菌中平菇的降解效率最高。

表1 不同食用菌处理后聚苯乙烯的重量损失、去除常数和半衰期

2.扫描电子显微镜（SEM）

PS-MPs使用不同食用菌处理50天后的SEM图像显示，其表面出现明显的裂纹、孔洞、沟槽以及侵蚀沟壑，并伴有菌丝附着现象。对照组(CK)表面较为光滑，仅存在轻微裂纹和损伤。研究所用的五种食用菌均能在PS-MPs表面定殖，平菇处理组的腐蚀程度最严重，灵芝组最轻微。

图1 通过扫描电子显微镜(SEM)观察五种食用菌处理50天后PS-MPs表面的结构变化。生物处理后，微塑料表面呈现不同程度的侵蚀、凹陷、沟槽及菌丝附着现象。(A)平菇组 (B)凤尾菇组 (C)黄伞菇组 (D)黑木耳组 (E)灵芝组

3.水接触角分析

通过比较PS-MPs使用不同食用菌处理50天后的水接触角，可以探究五种食用菌对PS-MPs疏水性的影响。结果显示对照组的水接触角大于所有食用菌处理组，平菇处理组的水接触角变化最大。

图2 降解50天后PS-MPs水接触角的变化。(A)黑木耳组 (B)灵芝组 (C)凤尾菇组 (D)黄伞菇组 (E)平菇组

4.分子量变化

分子量变化是评估降解程度的重要指标，所有实验组的Mn和Mw值均低于对照组，灵芝组的降低幅度最大。

表2 五种食用菌降解50天后PS-MPs的分子量分布

5.傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析

采用FTIR分析降解后PS样品的微观结构损伤，实验组与对照组比较显示，多数峰强度处于最低水平且保持不变，但部分特征峰强度发生变化。

图3 PS-MPs的FTIR光谱变化。(A)CK组 (B)黄伞菇组 (C)灵芝组 (D)平菇组 (E)凤尾菇组 (F)黑木耳组

6.热重分析(TGA)

热重分析揭示了PS-MPs的热稳定性和分解特性。除灵芝组外，其余食用菌处理组的PS-MPs出现5%质量损失的温度均低于对照组。温度达到449.79°C时，仅平菇组完全分解，质量损失达100%。

图4 不同食用菌处理PS-MPs的热重分析。(A)黑木耳组 (B)黄伞菇组 (C)灵芝组 (D)平菇组 (E)凤尾菇组

7.转录组分析

通过转录组测序及分析，PG组与CK组间共鉴定到3670个差异表达基因（DEGs），在PG组中发现下调基因1038个，上调基因2632个。重点对酶类相关上调基因进行了深入分析，共找到152个酶编码基因上调。特别值得注意的是，2个MnP-short class II类过氧化物酶、2个漆酶和2个脂肪酶的表达显著上调。这些酶与PS-MPs的降解过程密切相关，在PS-MPs的降解发展中发挥关键作用。

为进一步阐明DEGs与代谢通路的关系，进行了KEGG通路富集分析，发现脂肪酸生物合成通路显著富集。对上调最显著的10条通路分析表明，这些通路主要与能量代谢和氧化损伤b保护相关。其中，过氧化物酶体主要通过参与脂质代谢和活性氧的转化，在PS-MPs的生物降解过程中发挥关键作用。

图5 DEGs分析 (A) (B)与降解相关的酶类基因调控分析 (C) KEGG富集分析

8.蛋白质组分析

研究采用DIA模式进行定量蛋白质组学研究，在PG组与CK组中共鉴定到32476条肽段和4222种蛋白质，在PG组中发现452种显著上调的差异表达蛋白（DEPs），578种显著下调DEPs。重点分析了蛋白质组中相关酶的表达情况，并发现了可能参与聚苯乙烯结构芳香环解聚、参与饱和解聚过程和可破坏苯环与碳链间的C-H键的酶。由于聚苯乙烯降解主要需要破坏碳链中的C-C键、C-H键及苯环结构，这些酶类可能在此过程中发挥关键作用。

GO功能富集分析发现，生物过程主要富集于代谢过程、含磷化合物代谢和细胞分解代谢；分子功能以辅因子结合、水解酶活性和水解O-糖基化合物为主；细胞组分则主要涉及有丝分裂纺锤体和延伸体全酶复合物。KEGG通路富集分析表明，DEPs显著富集在内吞作用、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、长寿调控通路以及磷酸戊糖途径中。

图6 DEPs分析 (A) DEPs聚类分析 (B) DEPs GO功能富集分析 (C) DEPs KEGG富集分析

9.蛋白质组-转录组联合分析

为验证转录组结果在蛋白质层面的可靠性，并全面解析平菇响应PS-MPs胁迫的分子机制，研究通过整合蛋白质组学与转录组学数据，对mRNA与蛋白质表达水平进行了相关性分析，并最终得到两组学中219个共有的DEGs与DEPs。

GO功能分析显示：转录组和蛋白质组中共同上调的基因主要富集于代谢过程、跨膜转运活性、水解酶活性、磷脂酰肌醇磷酸结合、伴侣蛋白结合、细胞外周及过渡金属离子结合相关功能。而共同下调的基因则主要富集于代谢过程、水解酶活性和RNA结合功能。

KEGG通路分析显示：转录组和蛋白质组中共同上调的基因主要富集于甲烷代谢、内吞作用、萜类骨架生物合成、维生素B6代谢、RNA降解、组氨酸代谢及碱基切除修复通路。而共同下调的基因显著富集于碳代谢、甘油脂代谢、鞘脂代谢、磷酸戊糖途径以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路。

图7 转录组和蛋白质组联合分析。(A) (B) GO功能富集分析 (C) (D) KEGG富集分析

研究结论

1.首次报道了五种常见食用菌对PS-MPs的降解效果，其中平菇的降解效率最高。

2.通过SEM等一系列表征方法，观察了PS-MPs在降解过程中的理化性质变化，证实了五种食用真菌对PS-MPs的降解能力。

3.对降解效率最高的平菇进行了转录组学和蛋白质组学分析，揭示了在平菇降解PS-MPs的过程中，基因分别编码了邻苯二酚外切双加氧酶、酰基转移酶/酰基水解酶/溶血磷脂酶等酶类，过氧化物酶体代谢途径在这一降解过程中也起着重要作用。

4.对平菇的降解机制进行了多组学联合分析，为更全面地理解食用菌降解PS-MPs奠定了理论基础，并拓宽了食用菌资源作为工程菌的应用方向。

参考文献：

Yu X, Zhang Y, Chen S, et al. Study on the degradation efficiency and mechanism of polystyrene microplastics by five kinds of edible fungi[J]. Journal of Hazardous Materials, 2025, 492: 138165.