基于代谢组学的冬虫夏草生长发育的代谢规律研究

Ophiocordyceps sinensis is a traditional Chinese medicine. Its high economic value, multiple medical functions and puzzling life history aroused studies all over the world. Nevertheless, there are still some bottleneck problems have not been solved. For example, metabolic rule of O. sinensis during growing from vegetative (mycelia) to reproductive (fruiting body) stage is still unknown. Our previous metabolomic studies on Hirsutella sinensis (the anamorph of O. sinensis) and some other entomogenous fungi shows that metabolomic variations can sensitivly reflect small changes of the fungal growing. Therefore, we plan to use metabolomic methods to study metabolomic variations of O. sinensis during growing and developing. Though metabolomics analysis we can find out the different metabolites (biomarkers) between the different growing stages. According to the metabolic pathway of the biomarkers, relationship of the metabolites and content variations, the network of the metabolome variation can be constructed, and the metabolic rule of growing O. sinensis can be primarily revealed. Meanwhile, by functional deduction and bioactive tests of the biomarkers we can possibly find out some growing and developing regulating factors including possible stroma inducers form O. sinensis. Evidently, this studies can possibly solve the bottleneck problem in O. sinensis research and production and possess significant theoretical value and huge potential economic value.

冬虫夏草是中国传统中药材，其极高的经济价值、多方面药用活性和迷一样的生活史促使全世界都在不遗余力地研究。然而目前尚有一些瓶颈问题未能解决，如人们仍不清楚冬虫夏草菌从无性到有性生长发育的代谢规律。前期对冬虫夏草无性型等虫生真菌的代谢组学研究发现，真菌生长的微小变化能极其敏感地反映在代谢组变化上，因此本项目拟用代谢组学方法研究冬虫夏草菌生长发育过程中的代谢变化。通过代谢组学分析可找出冬虫夏草生长发育各阶段间的差异标记物。根据不同差异标记物的代谢途径、相关关系及含量变化可构建代谢组变化网络，并揭示冬虫夏草生长发育的代谢规律。同时，通过对差异标记物的功能推断和活性验证还有可能找出冬虫夏草生长发育的调控因子，包括可能的子座诱导物。有关研究可望解决目前冬虫夏草生产的瓶颈问题，具有重大理论价值和巨大的潜在经济价值。

冬虫夏草是世界上最被关注的中国传统中药材，在我国已有上千年的应用历史，其药用价值不仅被千年的应用实践所证实，也被大量的现代药理试验所证实。近年来由于资源的减少，其市场价格极其昂贵。然而，到目前为止人们仍不清楚冬虫夏草菌的生长发育的代谢规律，不知道该菌是如何从营养生长转到生殖生长的，对冬虫夏草何时采收和哪个部位价值最高也是众说纷纭。本研究采用基于高分辨液质联用的代谢组方法，比较分析冬虫夏草在不同生长阶段、不同部位的代谢组差异，鉴定主要差异标记物，根据各种化合物的代谢途径推断冬虫夏草菌的生长发育的代谢规律。根据冬虫夏草在不同发育阶段的代谢物特点分析其利用部位和价值，确定最佳采收时间。同时通过将差异标记物添加到中国被毛孢的培养基中，验证差异标记物的生物学功能，试图找到冬虫夏草菌生长的调节物。研究结果表明：蝙蝠蛾幼虫在感染中国被毛孢死亡后，其代谢物仍以脂类和蛋白等成分为主，随着春天温度的升高，虫体头部的脂类和蛋白等成分逐渐分解成可溶性脂肪酸、脂肪胺和氨基酸等物质，其中鞘胺醇、芳香氨基酸和氧脂等物质促使菌丝营养生长向生殖生长转化，长出子实体，但子实体生长初期虫体中仍有大量营养物质。冬虫夏草在长3-5厘米，子实体头部尚未膨大时，其小分子代谢物种类开始下降，但具有生物活性的次生代谢产物含量升高，重量增大，此时是最佳采收时期。42种差异标记物添加实验结果显示 26个培养物与对照差组异显著，表明这26个化合物对中国被毛孢生长具有调节作用，其中有3个培养物与野生冬虫夏草聚在了一起，表明这因3个标记物可能与菌丝从营养生长向生殖生长转化有关。通过比较在130rpm、19℃条件下培养不同时间的中国被毛孢菌丝及发酵液代谢组，发现中国被毛孢菌最佳发酵期46天。上述研究结果加深了人们对冬虫夏草生长过程中代谢变化的认识，为合理采收和人工培养提供了理论基础。