科研新知|靈芝的時(shí)空組學(xué)與靈芝酸生物合成探秘

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發(fā)布時(shí)間：2025-05-09
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靈芝，是被譽(yù)為“仙草”的藥食兩用珍品，在中醫(yī)藥的浩瀚歷史中已流傳了2000多年。它因其獨(dú)特的基因組小、生長(zhǎng)周期短以及遺傳體系完善等特點(diǎn)，成為了科學(xué)家們研究真菌發(fā)育與天然產(chǎn)物代謝合成的“明星”藥用模式真菌。

近期，壽仙谷與東北林業(yè)大學(xué)、中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所等多家單位合作，在中國(guó)工程院院刊《Engineering》（IF：10.1）上發(fā)表了一項(xiàng)研究成果。他們利用先進(jìn)的時(shí)空多組學(xué)技術(shù)，成功揭開了靈芝酸生物合成的神秘面紗。

為了搞清楚靈芝酸在靈芝體內(nèi)的分布情況，研究團(tuán)隊(duì)使用MALDI質(zhì)譜成像技術(shù)，清晰地捕捉到靈芝在不同成熟階段，其原基和子實(shí)體中24種靈芝酸類化合物的精確位置。研究發(fā)現(xiàn)這些靈芝酸類化合物特別喜歡“扎堆”在靈芝的皮殼層。

圖1：靈芝酸的空間分布

研究團(tuán)隊(duì)又完成了靈芝的端粒到端粒（T2T）水平單倍體基因組精細(xì)圖譜的繪制。這就像是給靈芝的基因組拍了一張超級(jí)詳細(xì)的“全家福”。基于這張“全家福”，他們首次繪制出了靈芝子實(shí)體的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，就像是給靈芝的每個(gè)細(xì)胞都做了一個(gè)“身份證”。通過(guò)這些“身份證”，他們將靈芝的子實(shí)體細(xì)胞分為了6種類型，包括皮殼層外層、皮殼層中層、皮殼層內(nèi)層、菌肉層、菌管層和孢子。并且發(fā)現(xiàn)，那些已知的靈芝酸生物合成基因，在靈芝皮殼層外層中表現(xiàn)得尤為活躍。

圖2：靈芝子實(shí)體的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組及發(fā)育軌跡研究

此外，研究團(tuán)隊(duì)還重構(gòu)了靈芝子實(shí)體的發(fā)育軌跡，就像是給靈芝的成長(zhǎng)過(guò)程拍了一部“紀(jì)錄片”。他們發(fā)現(xiàn)，靈芝酸的皮殼層三層結(jié)構(gòu)是從皮殼層外層逐漸發(fā)育而來(lái)的，這與實(shí)際靈芝栽培過(guò)程中觀察到的皮殼層增厚、分層現(xiàn)象完全一致。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了靈芝酸的合成與靈芝子實(shí)體發(fā)育之間的緊密聯(lián)系。

在深入探索靈芝酸生物合成的過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)還鑒定到了一個(gè)新的關(guān)鍵酶——CYP450酶。這個(gè)酶能夠催化生成丹芝酸E和F。其中，丹芝酸F是新發(fā)現(xiàn)的一種靈芝酸類化合物，體外藥理活性實(shí)驗(yàn)證實(shí)它具有抗癌活性，這為靈芝酸藥物的開發(fā)提供了新的希望。

圖3：靈芝酸生物合成新穎酶CYP512A3的發(fā)現(xiàn)及功能研究

更令人興奮的是，研究團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了羊毛甾醇、靈芝酸中間體HLDOA、丹芝酸E和F等在米曲霉底盤系統(tǒng)中的高效合成，并申請(qǐng)了相關(guān)專利。這一成果為靈芝酸的綠色生物制造研究提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)基礎(chǔ)。

這項(xiàng)研究不僅為我們揭示了靈芝酸生物合成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，還為靈芝酸藥物的開發(fā)及資源可持續(xù)利用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。隨著科學(xué)研究的不斷深入，相信靈芝這味“仙草”將會(huì)為我們帶來(lái)更多的驚喜和福祉。

東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院都昱朋、彭爽，澳門大學(xué)中華醫(yī)藥研究院陳虹果，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所李俊為論文的共同第一作者。東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐志超、劉成偉、壽仙谷植物藥研究院李振皓、中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所孫偉為該論文的共同通訊作者。埃及開羅大學(xué)Mohamed A. Farag教授、日本靜岡大學(xué)Hirokazu Kawagishi教授、Jing Wu教授等參與指導(dǎo)該工作。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. 2023YFC3504104、No. 2024YFD2100701）、國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 32370069）、浙江省自然科學(xué)基金杭州區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金（No. LHZSZ24H280003）、浙江省農(nóng)業(yè)新品種選育重大科技專項(xiàng)（No. 2021C02073）以及中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目（No. 2024ZY01009）的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.03.030

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