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【科研成果】中南林業(yè)科技大學(xué)揭示魚(yú)藤酮顯著促進(jìn)蛹蟲(chóng)草中蟲(chóng)草素的合成代謝
蛹蟲(chóng)草（Cordyceps militaris）為典型蟲(chóng)生食藥用真菌，其代謝產(chǎn)物蟲(chóng)草素具有重要藥理價(jià)值，蟲(chóng)草素的合成代謝及調(diào)控研究具有重要意義。有關(guān)促進(jìn)蟲(chóng)草素合成的研究已有較多報(bào)道，一些策略包括優(yōu)化光源或光照，優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基、溫度，以及添加蟲(chóng)草素合成的誘導(dǎo)物等。現(xiàn)階段，由于蟲(chóng)草素的合成代謝尚未完全解析，其代謝調(diào)控方面的研究比較薄弱，蟲(chóng)草素在蛹蟲(chóng)草細(xì)胞中的合成量已接近瓶頸值。
魚(yú)藤酮是廣譜殺蟲(chóng)劑，廣泛存在于豆科魚(yú)藤屬植物根中，對(duì)害蟲(chóng)線粒體呼吸鏈有顯著抑制作用。前期分析表明，蟲(chóng)草素合成酶cns1為NAD(P)H依賴型氧化還原酶，因此，對(duì)呼吸鏈有抑制作用的魚(yú)藤酮有通過(guò)調(diào)控蛹蟲(chóng)草胞內(nèi)核苷酸代謝或能量代謝等促進(jìn)蟲(chóng)草素合成的潛力。
中南林業(yè)科技大學(xué)微生物生理代謝與發(fā)酵應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，全面評(píng)估了魚(yú)藤酮對(duì)蛹蟲(chóng)草深層發(fā)酵過(guò)程中合成蟲(chóng)草素的影響，發(fā)現(xiàn)了對(duì)害蟲(chóng)線粒體呼吸鏈有抑制作用的魚(yú)藤酮，可顯著促進(jìn)蛹蟲(chóng)草真菌中蟲(chóng)草素的合成代謝，進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析、代謝組學(xué)分析并結(jié)合雙組學(xué)聯(lián)合分析，闡明了經(jīng)由能量代謝、氨基酸代謝和核苷酸代謝等途徑介導(dǎo)的魚(yú)藤酮調(diào)控蟲(chóng)草素生物合成的相關(guān)機(jī)制。成果以“Multi-omics analysis unravels positive effect of rotenone on the cordycepin production in submerged fermentation of Cordyceps militaris”為題，發(fā)表在生物資源、應(yīng)用微生物領(lǐng)域國(guó)際主流期刊Bioresource Technology（中科院 1區(qū)Top，IF 11.889）。論文通訊作者為團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉高強(qiáng)教授，第一作者為博士生馬酉初；團(tuán)隊(duì)中博士生黃萍、副教授王曉玲也參與了論文相關(guān)工作。論文第一單位為中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南省岳麓山種業(yè)實(shí)驗(yàn)室微生物品種創(chuàng)制中心為署名單位。
▲圖形摘要
論文主要結(jié)果顯示：在蛹蟲(chóng)草菌絲體深層發(fā)酵過(guò)程中，添加對(duì)害蟲(chóng)線粒體呼吸鏈有抑制作用的化合物魚(yú)藤酮（5 mg/L），可顯著促進(jìn)蛹蟲(chóng)草中蟲(chóng)草素的合成代謝，蟲(chóng)草素的產(chǎn)量達(dá)到789.18 mg/L，是未用魚(yú)藤酮處理組產(chǎn)量189.67 mg/L的4.16倍。同時(shí)，菌絲生長(zhǎng)受到部分抑制，部分細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)受到影響。
▲魚(yú)藤酮處理前后菌絲形態(tài)變化
轉(zhuǎn)錄組分析和代謝組分析表明，魚(yú)藤酮通過(guò)調(diào)控能量代謝和氨基酸代謝促進(jìn)了蟲(chóng)草素在蛹蟲(chóng)草細(xì)胞中的合成。雙組學(xué)聯(lián)合分析表明，魚(yú)藤酮使核苷酸的代謝途徑向腺苷合成方向傾斜，同時(shí)上調(diào)蟲(chóng)草素合成基因（cns1-2）使腺苷轉(zhuǎn)化為蟲(chóng)草素。
▲蛹蟲(chóng)草在魚(yú)藤酮誘導(dǎo)下的發(fā)酵特性和蟲(chóng)草素合成蛋白表達(dá)變化
▲魚(yú)藤酮誘導(dǎo)下蛹蟲(chóng)草中核苷酸代謝和蟲(chóng)草素生物合成途徑的變化
該研究發(fā)現(xiàn)了對(duì)害蟲(chóng)線粒體呼吸鏈有抑制作用的魚(yú)藤酮，可顯著促進(jìn)蛹蟲(chóng)草真菌中蟲(chóng)草素的合成代謝，創(chuàng)新了蟲(chóng)草素合成的調(diào)控策略，同時(shí)將蟲(chóng)草素合成代謝與能量代謝、核苷酸代謝等初級(jí)代謝進(jìn)行整合分析，為進(jìn)一步解析蟲(chóng)草素合成機(jī)制提供了新的思路和見(jiàn)解。
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