Annulohypoxylon stygium代谢物对银耳二型转变的调控作用

《Food Bioscience》：Regulatory effects of Annulohypoxylon stygium metabolites on the dimorphic transition of Tremella fuciformis

　　摘要：福耳凤尾菌是一种典型的双态真菌，其从酵母态到菌丝态的转变与子实体的形成密切相关。本研究以福耳凤尾菌“秀音1号”以及三种Stygium annulohypoxylon菌株（“AS01”、“AS21”和“HZ”）为研究对象，通过培养实验、qRT-PCR分析以及LC-MS/MS检测，研究了该菌株中来自Stygium annulohypoxylon的代谢物所起的作用。福耳凤尾菌麦麸提取物和Stygium annulohypoxylon发酵液均能促进福耳凤尾菌孢子从酵母态向菌丝态转变，且活性成分主要存在于福耳凤尾菌麦麸提取物的酒精沉淀上清液中。当福耳凤尾菌麦麸提取物浓度为15%时效果最佳，此时孢子的生长速率为0.0563毫米/小时，同时有6个与双态转变相关的基因表达显著上升，其中Ste4基因的表达量是对照组的275.4倍。三种Stygium annulohypoxylon发酵液处理也能提升基因表达水平，尤其是“AS21”处理，其Ste4基因的表达量提升了862.4倍。非靶向代谢组学分析发现，L-脯氨酸、原儿茶酸和没食子酸这三种代谢物可能是具有活性的有效成分。当这三种物质的浓度分别为0.03摩尔/升、0.0003摩尔/升和0.0003摩尔/升时，孢子的萌发率分别为72%、65%和64%。此外，这三种物质都能增强与双态转变相关的基因表达，而将它们共同使用则能产生更显著的促进效果。这些研究结果表明，Stygium annulohypoxylon产生的代谢物可能有助于促进福耳凤尾菌的双态转变，为提高其栽培效率及进一步研究其作用机制提供了依据。

引言：福耳凤尾菌是一种珍贵的食用及药用真菌，具有很高的营养价值和药用价值（Huang等人，2021；Wu等人，2019）。其子实体富含蛋白质、多糖、矿物质和氨基酸（Ma等人，2019；Wu等人，2019；Yao等人，2019），其中福耳凤尾菌多糖是主要的生物活性成分，具有抗氧化、免疫调节和降血糖作用（Chen等人，2026；Wu等人，2019）。因此，福耳凤尾菌在功能性食品开发及制药领域具有广阔的应用前景。福耳凤尾菌属于典型的双态真菌，在其生命周期中会在酵母态和菌丝态之间可逆转换，这一过程受到遗传因素和环境条件的共同调控（Yang & Dong，2024；Zhu等人，2021）。菌丝态对于子实体的形成至关重要（Li等人，2025），而类似酵母的孢子虽然具有很强的繁殖能力，但却无法直接参与子实体的形成。在工业化栽培过程中，福耳凤尾菌孢子多以酵母态存在，其向菌丝态的转变效率较低；而且即便发生了转变，孢子的正常发育恢复往往也不稳定，从而导致子实体形成率降低，严重制约了大规模生产和菌株改良的工作（Chen等人，2021；Li等人，2025）。因此，阐明双态转变的调控机制，尤其是从酵母态到菌丝态的转化过程，对于提高栽培效率、优化菌株利用以及推动产业发展具有重要意义。福耳凤尾菌是一种典型的共生性腐木真菌，其生长发育依赖于与Stygium annulohypoxylon的协同作用。Stygium annulohypoxylon能够分解木质素和纤维素等复杂的有机聚合物，从而为福耳凤尾菌提供可利用的低分子量营养物质，帮助其完成生命周期（Liu等人，2019）。比较转录组学分析揭示了在共培养系统中福耳凤尾菌和Stygium annulohypoxylon的差异性基因表达特征，表明细胞壁重塑、碳代谢重编程以及氧化应激反应是真菌相互作用过程中早期的核心响应模块。这些研究结果为这两种真菌之间的相互作用中营养支持和信号调控的双重作用提供了分子层面的证据（Liu等人，2019）。近年来的研究表明，Stygium annulohypoxilon及其同科的其他真菌能够产生多种生物活性次生代谢物，包括γ-内酯类物质（如环状苯并内酯）、多种酚酸和酚醛衍生物（如香草酸、阿魏酸和丁子香酚），以及2-苯乙醇。这些代谢物在真菌的生长发育、种间相互作用以及环境适应过程中发挥着重要作用（Cheng等人，2014；Tong等人，2024）。先前的研究还表明，其中一些代谢物不仅能够调控菌丝的生长和形态形成，还能调节降解木质纤维素的酶类——如木聚糖酶、纤维素酶和过氧化物酶的表达或活性，进而提高木质纤维素的降解效率及营养物质的利用效率（Lin等人，2015；Shi等人，2026）。除了提供营养物质外，Stygium annulohypoxilon的代谢物还参与调控福耳凤尾菌的形态转变过程。有研究显示，经过无菌过滤的Stygium annulohypoxilon细胞外液能够显著促进酵母态向菌丝态的转变，并提高菌丝的萌发效率（Liu等人，2007），其提取物也能显著促进二核类酵母状孢子的萌发（Chen等人，2021）。然而，Stygium annulohypoxilon所产生的生物活性代谢物的化学组成、决定其生物活性的关键功能成分，以及它们调控福耳凤尾菌从酵母态向菌丝态转变的分子机制，目前仍大多未被深入研究。目前还不清楚这些代谢物是通过调控与形态分化相关的基因表达、改变细胞的代谢状态，还是通过改善营养环境间接促进转变来发挥作用的。这些潜在的作用机制亟需进一步系统研究。真菌的双态现象是一种基本的生物学过程，它有助于真菌适应宿主环境并调控其致病性。这一过程并非由单一的线性信号通路控制，而是由一个复杂的调控网络所主导，该网络涉及环境信号感知、细胞内信号传导以及转录重编程等多个环节（Cottier & Hall，2020）。现有证据表明，真菌主要通过G蛋白偶联受体和营养感应系统来感知温度、营养物质含量、pH值以及宿主产生的各种环境信号。这些信号随后会被小GTP酶Ras整合，Ras作为中央信号枢纽，能够激活包括cAMP–PKA通路和MAPK通路在内的多种保守信号通路（Aun等人，2013；Gao等人，2021；Kuo等人，2024；Lara-Martínez等人，2025；Van Zeebroeck等人，2021；Wijnants等人，2023）。其中，cAMP–PKA通路主要负责促进菌丝的形成以及维持丝状生长，而MAPK通路则不仅调控真菌的形态发育，还在环境适应和细胞壁保持方面起着关键作用。这两条通路之间存在广泛的交互作用，使得真菌能够精准且协调地应对不断变化的环境条件（Aun等人，2013；Gujjar等人，2024；MacAlpine等人，2023）。在白色念珠菌中，Efg1、Cph1和Nrg1等下游转录因子会进一步调控与菌丝形成相关的基因表达，协调细胞极性的建立、细胞周期的调控以及细胞壁的重塑等关键生物过程，从而实现酵母态和菌丝态之间的可逆转变（Chow等人，2021；Lash等人，2023；Regan等人，2017）。总体而言，真菌的双态现象是一个涉及环境感知、信号整合、信号传导以及转录调控的多层次调控过程。作为最为保守且至关重要的调控网络之一，MAPK信号通路在协调形态转变以及真菌的致病性方面发挥着核心作用（Chen等人，2019；Gujjar等人，2024）。我们之前的研究通过转录组学分析发现，在福耳凤尾菌的双态转变过程中，包括Ste家族成员、MAPK激酶以及下游效应因子在内的多个MAPK通路相关基因存在差异性表达，这表明MAPK信号通路参与了这一过程（Li等人，2022，2025；Zhu等人，2021）。此外，对MAPK蛋白磷酸化的分析也显示，在双态转变过程中该信号通路被激活，这为MAPK通路在福耳凤尾菌形态形成中的作用提供了蛋白质水平的证据（Li等人，2022）。另外，MAPK通路和cAMP-PKA信号通路之间可能存在相互作用，共同影响真菌的形态形成（Yang等人，2020）。不过，MAPK信号通路在福耳凤尾菌双态转变中的具体调控机制仍有待进一步阐明。由于福耳凤尾菌从酵母态向菌丝态的转变效率较低，限制了其在工业上的应用，本研究系统地研究了其共生真菌Stygium annulohypoxilon产生的代谢物对该转变过程及其相关转录反应的影响。通过构建不同的培养体系以排除非代谢物因素的干扰，评估了Stygium annulohypoxilon代谢物在调控福耳凤尾菌双态转变中的作用。研究采用qRT-PCR技术分析了与双态转变相关的关键基因的表达变化，同时利用LC-MS/MS技术检测并筛选了福耳凤尾菌麦麸提取物和Stygium annulohypoxylon发酵液中的耐热耐压化合物。由此确定了可能影响双态转变的生物活性成分，并进一步验证了它们对关键基因的调控作用。本研究为揭示福耳凤尾菌双态转变的调控机制提供了新的见解，也为提高其栽培效率、优化菌株品质以及推动其工业化发展奠定了理论基础。

材料：Stygium annulohypoxylon的“AS01”和“AS21”菌株分别是商业化栽培的福耳凤尾菌Tr21和Tr01菌株的共生伙伴，这两种菌株在福建省古田县的袋料栽培中得到了广泛应用。Stygium annulohypoxylon的“HZ”菌株则是在广西壮族自治区贺州市昭平县大仁冲口地区从野外分离得到的。福耳凤尾菌“秀音1号”是一种单孢子杂交菌株（TWW01-AX），由T4和T8两个菌株杂交培育而成。所有的真菌菌株都保存在……中。

福耳凤尾菌麦麸提取物对福耳凤尾菌双态转变的影响：图1A展示了不同浓度的福耳凤尾菌麦麸提取物培养基中福耳凤尾菌孢子的形态变化。添加了Stygium annulohypoxylon的福耳凤尾菌麦麸提取物组能够促进孢子从酵母态向菌丝态转变，而未添加Stygium annulohypoxylon的福耳凤尾菌麦麸提取物-Z组则仍呈现酵母状生长，这说明麦麸基质中除Stygium annulohypoxylon代谢物之外的其他因素可以被排除，而双态转变主要与Stygium annulohypoxilon产生的代谢物有关。

讨论：真菌的双态现象指的是真菌从单细胞的酵母态向多细胞的菌丝态之间的可逆转变，这一过程受到营养物质含量、氧气浓度、温度以及培养条件等多种因素的调控（Zhu等人，2017）。先前的研究已经表明，添加了Stygium annulohypoxylon的麦麸提取物能够显著促进福耳凤尾菌孢子从酵母态向菌丝态的转变（Chen等人，2021）；不过，这种效应的具体起源目前尚不清楚……

结论：本研究系统地研究了Stygium annulohypoxilon产生的代谢物对福耳凤尾菌双态转变的调控作用，并为这些代谢物在促进酵母态向菌丝态转变过程中的作用提供了证据。研究结果显示，福耳凤尾菌麦麸提取物和Stygium annulohypoxylon发酵液均能显著提高孢子的萌发率和菌丝的生长速度，其中的生物活性成分主要来自可溶性的小分子代谢物，而渗透压和黑色素等因素则没有表现出显著的影响。

作者贡献说明：Haichen Huang：方法学、可视化、写作——初稿撰写。Lingli Wei：方法学、可视化、写作——初稿撰写。Jialan Zheng：软件应用、写作——初稿撰写。Shuyu Xing：定量分析、写作——初稿撰写。Yingqi Tang：数据整理、定量分析、研究工作。Silong Chen：数据整理、定量分析、研究工作。Keyan Shen：方法学、写作——初稿撰写。Jianqiu Chen：方法学、写作——初稿撰写。Shujing Sun：概念构思……

利益冲突声明：所有作者的代表均声明不存在利益冲突。

致谢：本研究得到了福建省食用菌现代农业产业技术体系项目的资助。

Haichen Huang|Lingli Wei|Jialan Zheng|Shuyu Xing|Yingqi Tang|Silong Chen|Keyan Shen|Jianqiu Chen|Shujing Sun
中国福建省福州市350002，福建农林大学生命科学学院