《Biotechnology and Bioengineering》：Functional Diversity and Oleaginous Potential of Fungal Strains From Hawaiian Soil Ecosystems
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真菌是微生物脂质生产（包括具有营养价值的多元不饱和脂肪酸，polyunsaturated fatty acids, PUFA）的重要但尚未充分开发的资源。夏威夷土壤由火山母质和强烈的环境梯度塑造，为发现具有独特代谢性状的功能多样性真菌菌株提供了独特环境。在本研
真菌是微生物脂质生产（包括具有营养价值的多元不饱和脂肪酸，polyunsaturated fatty acids, PUFA）的重要但尚未充分开发的资源。夏威夷土壤由火山母质和强烈的环境梯度塑造，为发现具有独特代谢性状的功能多样性真菌菌株提供了独特环境。在本研究中，研究人员首次对从夏威夷土壤中采集的22株可培养真菌分离物进行了定量脂质筛选，以评估其生长性能、脂质积累和脂肪酸组成。该菌株库表现出显著差异，多个分离物的脂质含量（干重）超过20%。其中，归属于贵州木霉（Trichoderma guizhouense）类群的UHC1797脱颖而出，兼具快速径向生长（约17–19 mm/天）、超过20%的脂质积累量以及较高的α-亚麻酸（α-linolenic acid, ALA；约占总脂肪酸的11%）水平。共聚焦成像证实了代表性分离物中的胞内脂质积累。比较分析显示，UHC1797处于已报道木霉生长速率的上限范围，并且与包括被孢霉属（Mortierella）菌株在内的代表性产油真菌相比具有竞争力。基于基因组信息的分析进一步支持该表型背后存在保守的脂质生物合成途径。综上所述，这些发现突显夏威夷土壤是产油真菌的重要资源库，并支持以生态学为指导的框架，用于筛选具有可持续脂质生产和生物技术应用潜力的菌株。
由Yu Wang、Adam Phelps、Nhu Nguyen、Zhi-Yan Du等人完成并发表于《Biotechnology and Bioengineering》的这项研究，以夏威夷土壤生态系统中的可培养真菌为对象，系统考察了其作为微生物油脂生产资源的潜力。真菌在陆地生态系统中承担分解、养分循环等功能，同时许多种类可在胞内积累超过干重20%的脂质，即产油真菌（oleaginous fungi），可产生具有营养和工业价值的多元不饱和脂肪酸（PUFA）。然而，全球估计有220万至380万种真菌，正式描述者不足15万，且仅有少数被评估过工业相关代谢性状。夏威夷群岛由火山母质发育而来，存在底物年龄、矿物组成、降雨和养分可用性的强烈梯度，可能筛选出具有快速生长和独特碳分配策略的真菌；但此前对夏威夷真菌的研究多集中于次级代谢产物，尚未开展系统的油脂定量筛选。为此，研究人员提出以生态学信息指导的菌株勘探策略，检验火山成因热带土壤中是否存在兼具快速生长与脂质积累能力的菌株。
研究内容与方法方面，研究人员从夏威夷大学马诺阿分校Nhu实验室已有的真菌菌株库中获取22株分离物，这些菌株最初来自檀香山和Lyon植物园的土壤样品。采用大亚基核糖体RNA（large subunit ribosomal RNA, LSU rRNA）基因系统发育分析确定菌株归属；针对突出木霉菌株，进一步利用翻译延伸因子1α（translation elongation factor 1 alpha, TEF1-α）和RNA聚合酶II第二大亚基（RNA polymerase II second largest subunit, RPB2）进行多基因座物种解析；在PDB/2和麦芽提取物（malt extract, ME）培养基上测定径向生长速率；采用氯仿-甲醇-甲酸提取脂质并转化为脂肪酸甲酯（fatty acid methyl ester, FAME），通过气相色谱-火焰离子化检测器（gas chromatography-flame ionization detector, GC-FID）分析脂肪酸组成；使用BODIPY染色结合共聚焦显微镜观察胞内脂滴；同时利用已公开的贵州木霉参考基因组进行代谢通路注释。
结果如下：
3.1 夏威夷土壤真菌涵盖子囊菌门和担子菌门的多个谱系。LSU rRNA基因测序将22株分离物置于子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota），至少涉及7个真菌目。子囊菌门中以肉座菌目（Hypocreales）为主，包括木霉属（Trichoderma）、紫孢霉属（Purpureocillium）、镰孢菌属（Fusarium）等；担子菌门以多孔菌目（Polyporales）和锈革孔菌目（Hymenochaetales）为主。多基因座分析将UHC1797（后称UH-Y1）归入哈茨木霉复合种中的贵州木霉类群。担子菌类群虽非产油菌，但具有木质纤维素降解酶系统，可与产油子囊菌形成功能互补。
3.2 UH-Y1展示快速生长。生长筛选显示，22株菌在两种培养基上的平均径向生长速率无显著差异，但菌株间差异显著。UH-Y1与UHC2621最快，UH-Y1达19.0–19.8 mm/天，4天内直径约70–75 mm。与文献报道木霉生长速率（8.0–19.4 mm/天）相比，UH-Y1处于上限；与来自密歇根、加利福尼亚、南非、澳大利亚的被孢霉属菌株在相同条件下比较，UH-Y1超过多数被孢霉菌株，仅低于生长极快的南非AD211和澳大利亚GBAus27B。快速菌丝扩展可缩短发酵时间，但径向生长不能直接等同于液体培养生物量。
3.3 多个菌株脂质含量超过20%，其中UH-Y1的ALA含量最高。液体培养后脂质含量介于9%–35%干重之间，11株超过20%的产油阈值；来自多孔菌目的UHC1802脂质含量最高（35%）。脂肪酸谱以多元不饱和脂肪酸为主，尤其是亚油酸（linoleic acid, LA, C18:2）；UH-Y1的α-亚麻酸（ALA）约占总脂肪酸11%，为所有菌株中最高；多个分离物还含有约2%–6%的γ-亚麻酸（γ-linolenic acid, GLA, C18:3）。UHC1802仅脂质含量高，而UH-Y1兼具快速生长与较高ALA，因此被选为主要候选菌株。
3.4 基因组信息构建脂肪酸合成代谢框架。研究人员利用贵州木霉参考基因组（GCA_002022785.1）注释到乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC）、脂肪酸合酶（fatty acid synthase, FAS）及Δ12脂肪酸脱饱和酶（OPB46028.1），支持从油酸经LA合成ALA的路径。尽管Δ15/ω3脱饱和步骤在木霉属中已有生化证据，但参考基因组中未找到可确切鉴定为Δ15/ω3脱饱和酶的候选基因；该分析仅提供参考背景，不能替代UH-Y1本身的基因组确认。
3.5 形态学与共聚焦分析确认脂质积累。22株菌在平板和液体培养基上表现出多样的菌落形态和色素分泌。BODIPY染色与共聚焦显微镜在多数菌株的菌丝内观察到脂滴，验证了定量脂质数据；不同菌株的菌丝粗细和脂滴分布存在差异。UH-Y1形成致密、绒毛状白色圆形菌落，菌丝内分布大量脂滴，部分在菌丝顶端聚集。UHC2621因被鉴定为快速扩展霉菌，虽报告了定量数据，但未纳入后续分析。
讨论指出，夏威夷土壤中多种快速生长且富含脂质的真菌表明该环境是尚未充分开发的产油真菌资源库，菌株功能多样性可能与火山母质及强烈环境梯度有关。研究结论部分明确，UH-Y1的价值在于快速生长、>20%干重脂质积累和较高ALA含量等多性状的汇聚，而非某一单项指标突出；这一发现支持以生态学信息指导的真菌生物勘探（bioprospecting）框架，即独特土壤环境可获得具有工业潜力的菌株。未来需开展菌株优化、工艺放大及全基因组测序以阐明脂肪酸脱饱和途径的遗传基础，并评估其在营养保健品和生物基产品中的应用。
