《Food Bioscience》：Glycosylation-mediated detoxification of zearalenone by the Tibetan yeast
Hannaella zeae: Multi-omics insights into its dual-function mechanism
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摘要玉米赤霉烯酮（ZEN）是一种广泛污染谷类作物、威胁食品安全的雌激素类真菌毒素；微生物转化为其脱毒提供了一种绿色策略。本研究系统评价了从青藏高原分离的耐胁迫酵母Hannaella zeae（H. zeae）的ZEN脱毒效率、转化产物安全性及其分子机制。该菌株在平板对峙实验中
摘要
玉米赤霉烯酮（ZEN）是一种广泛污染谷类作物、威胁食品安全的雌激素类真菌毒素；微生物转化为其脱毒提供了一种绿色策略。本研究系统评价了从青藏高原分离的耐胁迫酵母Hannaella zeae（H. zeae）的ZEN脱毒效率、转化产物安全性及其分子机制。该菌株在平板对峙实验中抑制Fusarium graminearum生长达73.88%，显著延缓真菌侵染，并降低玉米籽粒中ZEN的积累；在1 × 108 cells/mL浓度下，5天内可去除超过95%的ZEN。在L-02肝细胞中，酵母介导的转化使细胞活力升高，总凋亡率从26.56%降至18.99%。整合转录组与代谢组分析揭示，该菌株上调UDP-糖基转移酶（UGT），将高毒性的ZEN转化为低毒性的糖苷玉米赤霉烯酮-14-糖苷（ZEN-14-G）和玉米赤霉烯酮-16-糖苷（ZEN-16-G），同时协同激活苹果酸脱氢酶、几丁质酶和ABC转运体通路，以维持能量供应、重塑细胞壁并驱动毒素外排。H. zeae兼具高效脱毒与显著降低的产物细胞毒性及抗真菌活性，是一种有前景的双功能生物防治剂，可用于谷物真菌毒素控制，尽管糖苷产物的体内稳定性和安全性仍需进一步研究。
引言
玉米赤霉烯酮（ZEN）是一种由镰刀菌属（Fusarium）产生的非甾体雌激素类真菌毒素次级代谢产物（Ropejko & Twaru?ek, 2021）。它广泛污染玉米和小麦等主要谷类作物及其加工产品，对全球粮食安全构成持续威胁（Cai et al., 2024）。由于其结构与17β-雌二醇相似，ZEN可与雌激素受体结合，干扰正常的内分泌调节（Grgic et al., 2023）。由此产生的高雌激素血症对男性和女性均具有生殖毒性；此外，ZEN还表现出肝毒性、免疫毒性、致癌性和遗传毒性（Ropejko & Twaru?ek, 2021; Lv et al., 2025）。因此，许多司法管辖区对谷物中ZEN及其修饰形式的健康指导值和限量值进行了规定（EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain, 2016）。
由于ZEN具有较高的热稳定性和化学稳定性，传统加工方法无法完全去除ZEN，残留毒素在谷物加工和畜牧业中造成持续的经济损失（Zhang et al., 2023）。目前ZEN污染的脱毒策略分为三类：物理吸附、化学降解和生物脱毒（Liu et al., 2024）。物理方法如吸附和冷等离子体处理简单，但效率低且导致营养损失（Murtaza et al., 2022）。化学方法如氧化和碱处理效率高，但可能产生更具毒性的衍生物或残留（Zhang et al., 2023; Ji et al., 2023）。相比之下，微生物脱毒在温和条件下进行，效率高且具有底物特异性，不损害营养品质，已成为真菌毒素控制研究的主要方向（Tang et al., 2025）。其核心机制是毒素的细胞吸附以及ZEN被酶催化转化为具有低或无雌激素活性的小分子代谢物（Tang et al., 2025）。
在脱毒微生物中，酵母因其遗传稳定性、安全性和出色的环境胁迫耐受性而受到特别关注（Yang et al., 2026; Baral & Kaushik, 2025）。已报道了多种催化机制：枯草芽孢杆菌的磷酸转移酶如ZPH1101对ZEN的磷酸化（Wu et al., 2025; Yang et al., 2021），地衣芽孢杆菌ZOM-1的CotA漆酶的氧化降解（Sun et al., 2023），以及红球菌属（Rhodococcus） HQ菌株水解酶ZenR对内酯环的裂解（Hu et al., 2023）。值得注意的是，酵母Apiotrichum mycotoxinivorans通过Baeyer-Villiger单加氧酶和羧酸酯酶的协同作用，在4小时内降解97.2%的ZEN（Yang et al., 2022）。然而，酵母对ZEN降解的研究仍存在明显局限。首先，酵母菌株的降解效率受温度、pH和基质组成等环境因素影响显著，由此产生的不稳定性限制了实际应用。其次，机制研究侧重于降解速率和条件优化，而对关键酶、代谢途径和调控机制的理解仍不充分。第三，转化产物的毒性往往尚未解决；例如，ZEN的磷酸化最近被发现并非消除毒性而是保留毒性（Asaduzzaman et al., 2024）。此外，结合反应可产生所谓的遮蔽型真菌毒素，如玉米赤霉烯酮-14-糖苷（ZEN-14-G）和玉米赤霉烯酮-16-糖苷（ZEN-16-G），这些物质可能在消化或食品加工过程中重新激活为母体毒素，因此需要谨慎的安全性评估（Nesic et al., 2023; Dellafiora et al., 2016; Yu et al., 2022; Paris et al., 2014）。基于糖基化的ZEN脱毒已在Candida parapsilosis ATCC 7330（Pan et al., 2022）、Bacillus subtilis（Zhou et al., 2024）和Cunninghamella菌株（Peters et al., 2021）中得到证实。因此，筛选ZEN脱毒酵母并阐明其机制对于推进ZEN生物脱毒技术具有重要意义。
青藏高原的极端环境条件，包括高海拔、强烈紫外辐射和较大的昼夜温差，塑造了当地微生物群独特的适应机制和代谢多样性，为筛选耐胁迫功能菌株提供了宝贵的种质资源（Liu et al., 2023; Tan et al., 2025）。与此同时，拮抗酵母作为对抗镰刀菌属（Fusarium）的有效且安全的生物防治剂，在体外和谷物寄主上均显示出功效（Podgorska-Kryszczuk et al., 2022; de Oliveira et al., 2023）。因此，本研究表征了从西藏分离的ZEN脱毒酵母Hannaella zeae（H. zeae），系统评价了其生长特性、环境适应性和生物防治能力，并整合转录组与代谢组分析以阐明其脱毒机制和关键调控节点，从而为高效安全的ZEN生物脱毒提供理论依据和菌株资源。
章节摘录
H. zeae在不同胁迫条件下的生长与ZEN脱毒特性
本研究使用的菌株最初从中国青藏高原分离，其鉴定和保存方法见我们之前的研究（Yang et al., 2025）；该菌株以25%（v/v）甘油保存于浙江农林大学食品与健康学院培养物收藏室（中国杭州）的?80 °C条件下，实验室菌株编号为No. 221。同时，该菌株已保藏于中国菌种保藏管理委员会普通微生物中心。
H. zeae在不同胁迫条件下的生长与ZEN脱毒特性
H. zeae在不同培养基中的增殖能力存在差异（图1A）。在NYDA培养基中总菌落数达到2 × 106 CFU/mL，在YPD培养基中约为1.1 × 106 CFU/mL，而在MRS、PDA和RBM培养基中均低于0.5 × 106 CFU/mL。生长最适温度为25-35 °C，最适pH为3.0-7.0，最适ZEN浓度为2–20 μg/mL（OD600稳定在2.6-2.9），但在15 °C、pH 1.0和pH 9.0时急剧下降（图1B-D）。ZEN脱毒率在35 °C时达到峰值（81.34%），在低于该温度时明显下降。
讨论
本研究表明，从青藏高原分离的耐胁迫酵母H. zeae主要通过UDP-糖基转移酶介导的糖基化途径脱毒ZEN，将ZEN转化为低毒性的糖苷ZEN-14-G和ZEN-16-G，同时拮抗F. graminearum并抑制玉米籽粒中ZEN的积累。多组学和酶学证据进一步揭示了一种协同的胁迫适应策略，涉及增强的能量供应和细胞……
结论
本研究系统研究了H. zeae对ZEN的生物脱毒作用。该酵母通过糖基化途径将ZEN转化为低毒性衍生物ZEN-14-G和ZEN-16-G，并在L-02肝细胞模型中表现出低细胞毒性，表明其体外生物安全性良好。虽然UDP-糖基转移酶已被确认为核心脱毒酶，但其关键编码基因、催化位点和精确调控机制仍有待阐明。此外，鉴于……
CRediT作者贡献声明
Linhui Zhao：验证。Yifeng Jin：资源。Yanwei Liang：形式分析。Chenxiaoye Yang：方法学、调查。Li Zhu：初稿撰写、概念设计。Liliya I. Mukhametova：审阅与编辑。Sergei A. Eremin：审阅与编辑。Hao Hu：指导、资金获取。
未引用参考文献
EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain, 2016.
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
利益冲突声明
致《食品科学（Food Bioscience）》编辑，
题为"青藏高原酵母Hannaella zeae的糖基化介导玉米赤霉烯酮脱毒：多组学揭示其双功能机制"的文章作者郑重声明，不存在可能影响本手稿所述研究设计、执行、分析或报告的竞争性经济、职业或个人利益。
致谢
本研究受浙江省粮食和物资储备局委托项目（绿色防控虫害和霉变）及国家自然科学基金委员会（National Natural Science Foundation of China）青年科学基金项目（No. 32102103）资助。
Li Zhu|Chenxiaoye Yang|Yifeng Jin|Linhui Zhao|Yanwei Liang|Sergei A. Eremin|Liliya I. Mukhametova|Hao Hu
