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蛹蟲草（Cordyceps militaris）為典型蟲生食藥用真菌，其代謝產物蟲草素具有重要藥理價值，蟲草素的合成代謝及調控研究具有重要意義。有關促進蟲草素合成的研究已有較多報道，一些策略包括優化光源或光照，優化發酵培養基、溫度，以及添加蟲草素合成的誘導物等。現階段，由于蟲草素的合成代謝尚未完全解析，其代謝調控方面的研究比較薄弱，蟲草素在蛹蟲草細胞中的合成量已接近瓶頸值。

魚藤酮是廣譜殺蟲劑，廣泛存在于豆科魚藤屬植物根中，對害蟲線粒體呼吸鏈有顯著抑制作用。前期分析表明，蟲草素合成酶cns1為NAD(P)H依賴型氧化還原酶，因此，對呼吸鏈有抑制作用的魚藤酮有通過調控蛹蟲草胞內核苷酸代謝或能量代謝等促進蟲草素合成的潛力。

中南林業科技大學微生物生理代謝與發酵應用團隊，全面評估了魚藤酮對蛹蟲草深層發酵過程中合成蟲草素的影響，發現了對害蟲線粒體呼吸鏈有抑制作用的魚藤酮，可顯著促進蛹蟲草真菌中蟲草素的合成代謝，進一步通過轉錄組學分析、代謝組學分析并結合雙組學聯合分析，闡明了經由能量代謝、氨基酸代謝和核苷酸代謝等途徑介導的魚藤酮調控蟲草素生物合成的相關機制。成果以“Multi-omics analysis unravels positive effect of rotenone on the cordycepin production in submerged fermentation of Cordyceps militaris”為題，發表在生物資源、應用微生物領域國際主流期刊Bioresource Technology（中科院 1區Top，IF 11.889）。論文通訊作者為團隊負責人劉高強教授，第一作者為博士生馬酉初；團隊中博士生黃萍、副教授王曉玲也參與了論文相關工作。論文第一單位為中南林業科技大學，湖南省岳麓山種業實驗室微生物品種創制中心為署名單位。

▲圖形摘要

論文主要結果顯示：在蛹蟲草菌絲體深層發酵過程中，添加對害蟲線粒體呼吸鏈有抑制作用的化合物魚藤酮（5 mg/L），可顯著促進蛹蟲草中蟲草素的合成代謝，蟲草素的產量達到789.18 mg/L，是未用魚藤酮處理組產量189.67 mg/L的4.16倍。同時，菌絲生長受到部分抑制，部分細胞壁的結構受到影響。

▲魚藤酮處理前后菌絲形態變化

轉錄組分析和代謝組分析表明，魚藤酮通過調控能量代謝和氨基酸代謝促進了蟲草素在蛹蟲草細胞中的合成。雙組學聯合分析表明，魚藤酮使核苷酸的代謝途徑向腺苷合成方向傾斜，同時上調蟲草素合成基因（cns1-2）使腺苷轉化為蟲草素。

▲蛹蟲草在魚藤酮誘導下的發酵特性和蟲草素合成蛋白表達變化

▲魚藤酮誘導下蛹蟲草中核苷酸代謝和蟲草素生物合成途徑的變化

該研究發現了對害蟲線粒體呼吸鏈有抑制作用的魚藤酮，可顯著促進蛹蟲草真菌中蟲草素的合成代謝，創新了蟲草素合成的調控策略，同時將蟲草素合成代謝與能量代謝、核苷酸代謝等初級代謝進行整合分析，為進一步解析蟲草素合成機制提供了新的思路和見解。