竹黄菌与子实体共生红球菌No.3通过竹红菌素A与类胡萝卜素生物合成的互作机制研究

这篇研究揭示了竹黄菌(Shiraia)与其子实体共生菌红球菌(Rhodococcus sp. No.3)通过挥发性有机物(VOCs)与光敏色素竹红菌素A(HA)形成的双向防御反馈机制。研究发现细菌VOCs（如二甲基二硫DMDS）通过激活ROS信号通路显著提升真菌HA产量（3.86倍），而光激活的HA又通过诱导细菌类胡萝卜素合成（1.76倍）形成抗氧化防御。该研究为真菌-细菌跨界互作提供了新见解，并为光动力疗法(PDT)药物与抗氧化剂的联合开发提供策略。

　　

竹黄菌与共生红球菌的代谢互作机制

ABSTRACT
竹红菌素A(HA)作为竹黄菌子实体中的光敏性苝醌类化合物，在光动力治疗中具有重要应用价值。研究发现其子实体共生菌红球菌No.3通过挥发性有机物(VOCs)显著促进HA生物合成，而HA又能诱导细菌产生抗氧化类胡萝卜素，形成独特的防御反馈循环。

1. 引言
竹黄菌子实体在中医中被称为"竹黄"，传统用于活血化瘀治疗关节炎。其标志性代谢产物HA在光照下可通过I型反应产生活性氧(ROS)如O₂^·-、H₂O₂和·OH，对癌细胞和耐药菌株表现出显著光毒性。然而野生子实体仍是HA主要来源，凸显研究其与共生菌互作机制的重要性。

2. 材料与方法
采用"甜甜圈"共培养体系（plate-in-plate）研究非接触互作。通过HS-SPME-GC-MS鉴定细菌VOCs，SYTOX Green/PI双染检测膜通透性，DCFH-DA探针监测ROS，HPLC定量HA与类胡萝卜素。qRT-PCR分析HA合成相关基因（PKS、Mono、FAD等）。

3. 结果
3.1 细菌VOCs促进HA合成
红球菌No.3的VOCs使HA产量提升至0.75 mg/plate（3.86倍）。DMDS（20.08%）和p-AAP（9.41%）是主要效应分子，分别使HA增加3.61倍和2.52倍。

3.2 膜透性与ROS信号
VOCs处理导致菌丝SYTOX Green荧光强度增加2.06倍，MDA含量升高1.55倍，证实膜脂过氧化。ROS荧光强度提升1.82倍，NADPH氧化酶抑制剂DPI可逆转此效应。

3.3 基因调控网络
单加氧酶基因(Mono)表达上调61倍，FAD依赖氧化还原酶基因上调58.58倍，ABC转运体基因表达增加2.89倍，构建出VOCs→ROS→HA的生物合成通路。

3.4 光激活HA的抗菌效应
0.2 μg/mL HA在12,000 lx光照下即抑制红球菌生长，1.6 μg/mL完全抑制。有趣的是，亚抑制浓度（0.5 μg/mL）使细菌类胡萝卜素产量提升至3.46 μg/mL（1.76倍）。

3.5 抗氧化防御机制
HA诱导的ROS峰值出现在处理35小时，外源H₂O₂(200 μmol/L)同样刺激类胡萝卜素合成。细菌产生的β-胡萝卜素、虾青素等对·OH和DPPH自由基清除率分别达67.25%和65.54%。

4. 讨论
该研究首次揭示竹黄菌与共生菌通过HA和类胡萝卜素构建的"攻击-防御"双向调控模式：细菌VOCs→真菌HA→细菌ROS→类胡萝卜素。从应用角度看，这种互作模式为PDT药物与抗氧化剂的共生产提供了新思路，例如利用DMDS诱导HA高产，再通过光调控获得高价值类胡萝卜素。生态学意义上，这种代谢博弈维持了子实体微环境中真菌与细菌的动态平衡。