Enhanced biosynthetic gene expressions and production of ganoderic acids in static liquid culture of Ganoderma lucidum under phenobarbital induction

作者: Cui-Xia Liang, Ying-Bo Li, Jun-Wei Xu, Jia-Le Wang, Xiao-Ling Miao, Ya-Jie Tang, Tingyue Gu, Jian-Jiang Zhong
单位: Key Laboratory of Microbial Metabolism (Ministry of Education), School of Life Sciences and Biotechnology, Shanghai Jiao Tong University; State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, School of Biotechnology, East China University of Science and Technology; Key Laboratory of Fermentation Engineering (Ministry of Education) and Hubei Provincial Key Laboratory of Industrial Microbiology, College of Bioengineering, Hubei University of Technology; Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Ohio University
杂志: Applied Microbiology and Biotechnology（2010）
DOI: 10.1007/s00253-009-2415-8
所属领域: 发酵工程
关键词: Ganoderic acidGanoderma lucidumGene expressionMushroom fermentation technologyPhenobarbital induction
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解决的核心问题

灵芝酸产量低是灵芝液体发酵产业化的主要障碍，本研究旨在通过苯巴比妥（一种P450诱导剂）诱导提高灵芝液态静置培养中总灵芝酸和单体灵芝酸的产量，并探究其相关生物合成基因表达机制。

研究策略

采用摇瓶培养与静置培养相结合的两阶段培养策略，在静置培养阶段的不同时间添加不同浓度的苯巴比妥，优化诱导条件；测定细胞干重、总灵芝酸、四种单体灵芝酸（GA-Mk、GA-T、GA-S、GA-Me）及羊毛甾醇含量，并通过实时定量PCR分析hmgr、sqs、ls三个关键基因的转录水平。

研究路线图

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核心内容

本研究采用摇瓶与静置培养相结合的两阶段策略，在灵芝液态静置培养阶段施加P450诱导剂苯巴比妥，以提升灵芝酸产量。通过优化诱导时机与浓度，发现静置培养第5天添加100 μM苯巴比妥效果最佳，此时总灵芝酸含量达41.4 mg/g DW，较对照的28.3 mg/g DW提高约46%；四种单体灵芝酸GA-Mk、GA-T、GA-S、GA-Me分别提升47%、28%、36%和64%。实时定量PCR显示，诱导后第7天hmgr、sqs、ls三个关键基因的mRNA水平分别达到对照的3.26、7.24和3.22倍，远高于DMSO对照的2.01、2.32和1.87倍。同时羊毛甾醇含量从第5天的6.0 μg/g DW降至第7天的2.9 μg/g DW，提示前体向灵芝酸转化加速。结果表明苯巴比妥通过上调甲羟戊酸途径关键基因表达，促进羊毛甾醇流向灵芝酸合成，是一种简便有效的提产策略，且不同单体对诱导的响应存在差异。

创新点

首次报道在灵芝两阶段液体培养中利用P450诱导剂苯巴比妥显著提高总灵芝酸和单体灵芝酸产量，并证实苯巴比妥可上调灵芝酸生物合成途径中hmgr、sqs、ls基因的表达。

研究对象（3）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Ganoderma lucidum CCGMC 5.616	甲羟戊酸途径/三萜生物合成	hmgr	3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGR）	催化	催化异戊二烯生物合成的第一个关键步骤，苯巴比妥诱导后第7天表达上调3.26倍
Ganoderma lucidum CCGMC 5.616	甲羟戊酸途径/三萜生物合成	sqs	角鲨烯合酶（SQS）	催化	催化中央异戊二烯途径向甾醇和三萜生物合成的第一步，苯巴比妥诱导后第7天表达上调7.24倍
Ganoderma lucidum CCGMC 5.616	甲羟戊酸途径/三萜生物合成	ls	羊毛甾醇合酶（LS）	催化	催化2,3-氧化角鲨烯环化形成羊毛甾醇，苯巴比妥诱导后第7天表达上调3.22倍

关键发现

最优诱导条件为静置培养第5天添加100 μM苯巴比妥，总灵芝酸最大含量达41.4±0.6 mg/g DW，较对照（28.3±0.16 mg/g DW）提高约46%
GA-Mk、GA-T、GA-S、GA-Me分别提高47%、28%、36%和64%
羊毛甾醇从第5天的6.0 μg/g DW降至第7天的2.9 μg/g DW
第7天时hmgr、sqs、ls基因mRNA水平分别比第5天对照提高3.26、7.24、3.22倍，而DMSO对照仅提高2.01、2.32、1.87倍。

研究结论

苯巴比妥诱导是一种简单有效的提高灵芝液态静置培养中灵芝酸产量的策略，其机制涉及上调hmgr、sqs、ls等关键基因表达，促进前体羊毛甾醇向灵芝酸转化，且不同单体灵芝酸对诱导的响应存在差异。