代謝組 轉錄組：基迪奧客戶文章解讀

發表期刊：《Chemical Engineering Journal》

發表時間：2017

影響因子：6.216

合作單位：暨南大學

Bisphenol A (BPA)，雙酚A是一種內分泌干擾素，對水體環境造成一定的毒理影響，給水生生物和人類生活帶來較大的危害。因此，去除或降低BPA的濃度是水質量控制的重要目標。

近年來，利用藻類處理水污染的生物修復技術得到逐步發展和應用。其優勢在於藻類治污的環境友好性，可持續性和低成本。此外，對藻類治污的分子機理的研究也越來越多，如Nakajima等發現4中淡水藻類能夠使BPA糖基化，形成糖苷類衍生物BPAGlc和BPAGal。

但是，藻類BPA相關代謝通路和代謝產物的研究仍有很多空白，同時BPA相關基因研究也較少。本文利用淡水微藻（Desmodesmus sp.WR1）為研究對象，利用代謝組和轉錄組對BPA生物降解過程中的代謝物和基因進行研究，發現了新的代謝通路和基因調控機制。

研究思路

研究結果

1

BPA處理後微藻生化特徵與BPA降解效率

4 種BPA濃度處理（1, 3,5.5, 13.5 mg /L）都不能顯著影響微藻 Desmodesmus sp.WR1 的生長和其它生化指標，說明該微藻對BPA有良好的適應能力。同時在以上4種濃度下，BPA降解比率分別為57%, 25%, 18%和26%，說明該微藻有較大的BPA處理潛力（圖1）。

圖1. 微藻降解BPA線性圖

Errorbars = S.D. (n = 3).

2

代謝組分析

LC-HRMS 結果顯示各個peak中的化合物，包括peak-A（3種），peak-B（5種），peak-BPA（3種）（表1）。除了與前人報道一致的結果外，作者還首次發現了新的BPA代謝物，如2-hydroxy-3-hydroxymethy BPA，3-hydroxymethyBPA糖苷，monophenols（單酚類）等。

表1. LC-HRMS分析相關代謝物以及已報道的結果

基於上述發現，作者推測，微藻降解BPA存在其它代謝途徑。主要通過oxidative氧化，hydroxylation羥基化，glycosylation糖基化和oxidativecleavage氧化解離等作用生成新的代謝產物。

圖2. 微藻降解BPA的biotransformation (a)和biodegradation(b)經典和新的途徑

3

轉錄組分析

通過無參轉錄組de novo assembly，總共得到32,823個unigenes，N50長度為1905bp。BPA處理0天，2天和5天後分別發現差異基因（DEGs）2516個，4846個和5662個。

作者進而重點關注BPA處理後的相關DEGs和通路，發現氧化還原酶活性oxidoreductase activity相關基因顯著差異，說明微藻通過上調這些基因提高BPA氧化反應，達到生物降解的目的。

此外，葡糖轉移酶UDP-glucosyltransferaseactivity相關基因也有明顯的差異，作者推測這些基因推動BPA快速糖苷化代謝。

圖3. 差異基因的功能分析

4

qPCR驗證

挑選氧化還原酶（Unigene0003885）和葡糖轉移酶（Unigene0000428）編碼基因進行RT-PCR驗證，發現Unigene0000428在BPA處理2天時顯著上調，Unigene0000428在2天和5天都顯著上調，結果表明這些基因參與微藻的BPA的氧化，羥基化，糖基化和氧化解離等代謝過程。

圖4. qPCR研究BPA代謝通路的相關基因表達

1. 作者發現微藻Desmodesmus sp對BPA有很強的適應能力，具有生物降解BPA的應用潛力；

2.通過代謝組技術發現BPA降解的傳統機制，與前人報道一致；然而，更重要的是首次報道了BPA代謝過程中的新的產物以及新的代謝通路，加深了對於藻類生物降解機制的了解；

3. 通過轉錄組，也發現BPA代謝過程中關鍵酶的編碼基因顯著上調，與代謝組的結果相互驗證。

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參考文獻：

Wang, Rui, et al. "Identification of novel pathways for biodegradation of bisphenol A by the green alga Desmodesmus sp. WR1, combined with mechanistic analysis at the transcriptome level."Chemical Engineering Journal.321 (2017): 424-431.