鱼藤酮诱导蛹虫草中虫草素的生物合成及其相关机制研究

【作者】 马酉初； 黄萍； 王晓玲； 刘高强；

【机构】 中南林业科技大学森林资源生物技术湖南省国际科技创新合作基地； 中南林业科技大学林业生物技术湖南省重点实验室； 湖南省岳麓山种业实验室微生物品种创制中心；

【摘要】 虫草素作为蛹虫草Cordyceps militaris中最具代表性的次级代谢产物,其合成机制和代谢调控机制一直备受人们关注。本研究发现,5 mg/L剂量的鱼藤酮处理可使蛹虫草深层发酵过程中的虫草素产量显著提升316.09%,同时抑制菌丝生长并损伤菌丝细胞壁。转录组-代谢组联合分析表明:鱼藤酮可通过调控能量代谢和氨基酸代谢来为虫草素的生物合成提供能量和物质基础;同时,鱼藤酮使核苷酸代谢向腺苷倾斜,并通过上调虫草素合成基因Cns1-3的表达来将腺苷转化为虫草素。通过构建蛹虫草的酵母杂交cDNA文库,并基于核体系酵母双杂交系统对该文库进行筛选,本研究鉴定到了多个与虫草素合成酶Cns1/2互作的蛋白。其中,本研究通过酵母双/三杂交、GST Pull-down和免疫共沉淀等技术,对Cns2与糖酵解通路蛋白3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)之间的直接互作以及可由Cns2介导的GAPDH与Cns1之间的间接互作进行了验证,并证明了鱼藤酮可提升与GAPDH互作状态下Cns1/2的蛋白丰度。此外,本研究还证明了"Cns1-Cns2-GAPDH"三聚体的存在,而该三聚体可能是虫草素合成的一种高效催化模式:一方面,Cns2在与GAPDH直接互作的同时还介导了Cns1与GAPDH之间的间接互作,致使三者在空间上高度嵌合,可发挥更高的催化效率;另一方面,该三聚体中的GAPDH在参与糖酵解通路的同时,也可直接与同在三聚体中的Cns1进行NADH和NAD+的传递,以更加便捷的方式为Cns1所催化的反应提供还原当量,最终实现虫草素的高效合成。本研究为进一步解析虫草素合成机制和代谢调控机制提供了新的思路和见解,并为虫草素的高效生产提供了新的策略和技术。更多还原