蛹虫草（Cordyceps militaris）为典型虫生食药用真菌，其代谢产物虫草素具有重要药理价值，虫草素的合成代谢及调控研究具有重要意义。有关促进虫草素合成的研究已有较多报道，一些策略包括优化光源或光照，优化发酵培养基、温度，以及添加虫草素合成的诱导物等。现阶段，由于虫草素的合成代谢尚未完全解析，其代谢调控方面的研究比较薄弱，虫草素在蛹虫草细胞中的合成量已接近瓶颈值。

鱼藤酮是广谱杀虫剂，广泛存在于豆科鱼藤属植物根中，对害虫线粒体呼吸链有显著抑制作用。前期分析表明，虫草素合成酶cns1为NAD(P)H依赖型氧化还原酶，因此，对呼吸链有抑制作用的鱼藤酮有通过调控蛹虫草胞内核苷酸代谢或能量代谢等促进虫草素合成的潜力。

中南林业科技大学微生物生理代谢与发酵应用团队，全面评估了鱼藤酮对蛹虫草深层发酵过程中合成虫草素的影响，发现了对害虫线粒体呼吸链有抑制作用的鱼藤酮，可显著促进蛹虫草真菌中虫草素的合成代谢，进一步通过转录组学分析、代谢组学分析并结合双组学联合分析，阐明了经由能量代谢、氨基酸代谢和核苷酸代谢等途径介导的鱼藤酮调控虫草素生物合成的相关机制。成果以“Multi-omics analysis unravels positive effect of rotenone on the cordycepin production in submerged fermentation of Cordyceps militaris”为题，发表在生物资源、应用微生物领域国际主流期刊《Bioresource Technology》（中科院 1区Top，IF 11.889）。论文通讯作者为团队负责人刘高强教授，第一作者为博士生马酉初；团队中博士生黄萍、副教授王晓玲也参与了论文相关工作。论文第一单位为中南林业科技大学，湖南省岳麓山种业实验室微生物品种创制中心为署名单位。

▲图形摘要

论文主要结果显示：在蛹虫草菌丝体深层发酵过程中，添加对害虫线粒体呼吸链有抑制作用的化合物鱼藤酮（5 mg/L），可显著促进蛹虫草中虫草素的合成代谢，虫草素的产量达到789.18 mg/L，是未用鱼藤酮处理组产量189.67 mg/L的4.16倍。同时，菌丝生长受到部分抑制，部分细胞壁的结构受到影响。

▲鱼藤酮处理前后菌丝形态变化

转录组分析和代谢组分析表明，鱼藤酮通过调控能量代谢和氨基酸代谢促进了虫草素在蛹虫草细胞中的合成。双组学联合分析表明，鱼藤酮使核苷酸的代谢途径向腺苷合成方向倾斜，同时上调虫草素合成基因（cns1-2）使腺苷转化为虫草素。

▲蛹虫草在鱼藤酮诱导下的发酵特性和虫草素合成蛋白表达变化

▲鱼藤酮诱导下蛹虫草中核苷酸代谢和虫草素生物合成途径的变化

该研究发现了对害虫线粒体呼吸链有抑制作用的鱼藤酮，可显著促进蛹虫草真菌中虫草素的合成代谢，创新了虫草素合成的调控策略，同时将虫草素合成代谢与能量代谢、核苷酸代谢等初级代谢进行整合分析，为进一步解析虫草素合成机制提供了新的思路和见解。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128705