H3K9me3修饰水平降低的红曲霉菌株驱动的固态发酵促进植物性基质中生物活性成分的释放：对设计健康促进型食品的启示

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Solid-state fermentation driven by Monascus strain with reduced H3K9me3 modification boosts bioactive compounds release from plant-based substrate: Implications for designing health-promoting foods

　　

摘要

微生物发酵重塑了植物性原料的营养成分组成，并克服了其固有的营养局限性。红曲米由Monascus（红曲霉）发酵生产，因其具有多样的生物活性代谢产物而被广泛应用于食品制造和制药生产。然而，Monascus菌株合成这些代谢产物的能力极易受到环境胁迫的影响，导致其抗胁迫能力和发酵效率降低。因此，具有强大环境适应性的菌株对于稳定和高效的发酵至关重要。在本研究中，H3K9me3修饰降低的M. pilosus（柔毛红曲霉）菌株（MPRH）显著增强了对高渗透压和氧化胁迫的耐受性。当使用各种富含淀粉的植物性原料进行固态发酵（SSF）时，该菌株表现出单酰素K（MK）的高产量。值得注意的是，以燕麦作为SSF基质时，MK产量达到41.80 mg/g。非靶向代谢组学揭示了燕麦基发酵系统中总共2968种化合物，包括MK及其类似物、酚类和黄酮类等高价值化合物。这些结果表明，微生物发酵减轻了植物性原料中抗营养因子的抑制作用。在应用导向的评估中，发酵产品表现出优异的光热稳定性和抗氧化能力。总之，本研究为开发高性能微生物发酵体系以创制促健康植物性食品提供了可行策略。

片段预览

缩略语列表

ABTS	2,2-偶氮双-(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)
ANOVA	单因素方差分析
CFU	菌落形成单位
CRISPR/Cas9	成簇规律间隔短回文重复序列/CRISPR相关蛋白9
DPPH	1,1-二苯基-2-苦基肼基自由基
H3K9me3	组蛋白H3赖氨酸9三甲基化
HMDB	人类代谢组数据库
KEGG	京都基因与基因组百科全书
OD	光密度
PDA	马铃薯葡萄糖琼脂培养基
PLS-DA	偏最小二乘判别分析
UHPLC-Q Exactive HF-X	超高效液相色谱

菌株与培养基

M. pilosus MS-1（CCTCC M 2013295，中国典型培养物保藏中心，中国武汉）由本实验室保存，H3K9me3修饰降低的M. pilosus MS-1菌株（MPRH）通过CRISPR/Cas9无标记基因编辑系统构建（Gong et al., 2024）。马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）用于观察Monascus菌株在不同胁迫条件下的菌落形态。此外，不同的MFH发酵基质，包括粳米、黑米、稻米

菌株MPRH表现出对氧化胁迫和渗透压的更好耐受性

丝状真菌的生长受到复杂调控网络的影响，其中，组蛋白甲基化状态的改变会影响基因表达，从而导致生理、生化和代谢变化。因此，通过外源添加不同试剂分析了菌株MPRH对环境胁迫的耐受性。如图1所示，随着浓度增加，菌株MPRH的耐受性低于100%，意味着消除ROS的能力

结论

微生物发酵可以通过微生物代谢转化、细胞壁降解和原位微环境调控等多种机制，高效促进植物基底物中活性生物物质的生物合成和释放（Cheng et al., 2025）。Monascus发酵产品已在食品、制药和保健领域得到广泛应用，是MFH原料的一个非常典型的类别（Zhu et al., 2024）。在此背景下，

CRediT作者贡献声明

Gong Yunxia（龚芸霞）：撰写——初稿，调查研究，形式化分析。 Jiang Xinyue（姜新月）：撰写——初稿，调查研究，形式化分析。 Chen Xiaojuan（陈晓娟）：软件。 Zhao Deqing（赵德清）：资源。 Chen Fusheng（陈伏生）：验证。 Shao Yanchun（邵艳春）：资源，方法论。

未引用参考文献

Banu et al., 2024

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能对本研究工作的成果产生不当影响。

致谢

本研究得到中国国家自然科学基金（项目编号：32272288）和华中农业大学中央高校基本科研业务费专项资金（项目编号：2662025SPPY006）的支持。

Gong Yunxia（龚芸霞）|Jiang Xinyue（姜新月）|Chen Xiaojuan（陈晓娟）|Zhao Deqing（赵德清）|Chen Fusheng（陈伏生）|Shao Yanchun（邵艳春）

华中农业大学食品科学技术学院，中国武汉 430070