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    上海农科院张劲松研究员团队:研究揭示灵芝栽培过程中基质降解与多糖和三萜合成间的代谢关联


    【发布日期】:2021-06-25  【来源】:上海市农业科学院
    【核心提示】:近日,上海市农业科学院食用菌研究所张劲松研究员领衔的加工技术与发酵工程研究团队的周帅副研究员开展联合研究,揭示了灵芝栽培过程中基质降解与多糖和三萜合成之间的代谢关联,阐明提高灵芝三萜代谢的方式不仅限于增强三萜代谢途径的酶基因表达,还可以通过增加上游基质降解和糖类代谢,提高前体供给来提高灵芝多糖和三萜的量。

    近日,上海市农业科学院食用菌研究所张劲松研究员领衔的加工技术与发酵工程研究团队的周帅副研究员开展联合研究,揭示了灵芝栽培过程中基质降解与多糖和三萜合成之间的代谢关联,阐明提高灵芝三萜代谢的方式不仅限于增强三萜代谢途径的酶基因表达,还可以通过增加上游基质降解和糖类代谢,提高前体供给来提高灵芝多糖和三萜的量。该研究为进一步通过栽培定向提高灵芝中三萜的含量提供了新的理论依据,也为相关分子辅助育种提供了目标基因。相关研究成果在线发表在微生物权威期刊杂志《Applied and Environmental Microbiology》上。

           现有国内外关于灵芝的研究多集中在其功能成分和药用价值,而对其生理代谢和活性物质合成途径的研究相对较少,如何从栽培的角度提高灵芝中活性物质的产量,目前还缺少理论指导。因此该论文的主要内容聚焦于灵芝栽培过程中初级代谢过程与活性物质代谢关系的研究。

           为了更深入了解灵芝中多糖和三萜类成分的生物合成途径,分析灵芝栽培过程中基质降解与多糖和三萜合成之间的代谢关联性,该研究通过高效阴离子色谱、高效排阻色谱和高效液相色谱等方法对灵芝栽培周期中5个不同生长阶段的基质中木质纤维素变化和子实体中糖类及三萜类成分变化进行检测分析,发现灵芝中多糖和中等极性三萜在子实体发育初期达到含量峰值,弱极性三萜在发育后期达到含量峰值。通过皮尔逊相关分析后,发现子实体中弱极性三萜的成分变化与葡萄糖和甘露醇的含量变化相关,中等极性三萜的成分变化与基质中木质纤维素以及子实体中葡萄糖、海藻糖的含量变化相关。

    该研究针对存在关联的活性成分从灵芝G0119的基因组中挑选出木质素酶32个,纤维素酶36个,半纤维素酶32个,糖分解代谢酶基因58个,糖类合成代谢酶55个、三萜合成代谢酶19个以及可能参与到三萜下游代谢的CYP酶167个,对这些酶基因在这5个阶段的菌丝体或子实体的表达变化进行转录组分析,对各代谢成分与相对应的转录组进行加权共表达网络分析,结果表明海藻糖与糖醇的含量变化与糖代谢和多糖合成酶的表达相关,三萜类成分变化与糖类分解代谢酶、漆酶、纤维素酶、半纤维素酶和多糖合成酶的表达相关联。

    该研究发现,在灵芝栽培过程中多糖、三萜的代谢变化规律为在子实体发育初期,纤维素和半纤维素降解产物参与到糖醇、海藻糖和多糖的合成中,使得这些糖类成分含量上升,基质降解和糖类合成代谢的增强促进了中等极性三萜的合成,至子实体发育后期,大量孢子形成带来的碳源需求提升使得前期积累的糖类成分含量下降,木质纤维素酶表达再次提高,基质降解和糖类分解代谢的增强促进了弱极性三萜的合成。

           该研究得到了上海市农业农村委、上海市科委和农科院卓越团队项目等资助。此外,华中科技大学生命学院也共同参与了本研究。
     
    关键词: 灵芝 上海农科院
     
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