猴头菇（Hericium erinaceus）是我国传统的药食兼用大型真菌。古语称：“宁负千石粟，不负猴头羹”指的就是猴头菇是稀少名贵的食用菌。它具有预防、缓解或治疗癌症、抑郁症、糖尿病、高血脂症和神经衰弱等多种疾病的功效。近年来，国内外学者对猴头菇的化学成分分离和活性解析取得了很大进展。目前已经有200多种不同类型的活性成分被分离鉴定。其中，猴头菌素、猴头菌酮类是首次发现的一种具有促进神经生长因子合成作用的化合物，是潜在抗阿尔兹海默症药物，但其在新鲜子实体中的含量仅有。而且蘑菇生长周期长，基因操作困难，限制了蘑菇生产的天然产物生物合成机制研究。本项目拟以米曲霉异源表达的方式，对猴头菌酮类化合物的生物合成途径进行研究，这将有助于理解蘑菇有效成分的生物合成机制，并且建立一套适合于蘑菇基因的异源表达体系，为研究蘑菇生产的具有生物活性化合物提供一个可行的研究方法。在当前新冠病毒大流行的背景下，蘑菇的免疫调节功能越来越引起人们的共鸣。在过去一年中，功能性蘑菇成分关注度增长迅速。本项目聚焦于药食两用大型真菌猴头菇生产的次级代谢产物，将对具有促进神经生长因子作用的猴头菌酮类化合物的生物合成路径进行研究，解析大型真菌天然产物“跨簇”生物合成机制，利用米曲霉异源高效生产此类化合物，为其进一步的药理活性研究打下基础。预期研究成果为其他珍贵大型真菌来源的稀少药用活性成分研究提供理论指导。本项目将应用米曲霉作为宿主表达蘑菇的基因，这个方法优于传统的利用大肠杆菌和酵母作为宿主。后者需要cDNA序列才能实现异源表达。而米曲霉可以直接表达含有内含子的基因序列，这大大缩减了实验步骤，节省了培养蘑菇所需的时间以及所需的特殊环境，解决因蘑菇栽培困难而无法进行基因操作等难题。本项目还将应用CRISPR/Cas9方法将多基因同时精准、高效插入到米曲霉基因组的指定位点，利用米曲霉具有高效分离淀粉的能力，采用能够高效表达外源基因的淀粉酶启动子，实现稀少天然产物的异源高效生产。相信本项目的研究不仅能阐明猴头菌酮类化合物的生物合成途径，而且能开发一套适用于蘑菇基因的异源表达系统，为蘑菇天然产物的研究提供新思路，新方法。本人长期从事微生物次生代谢产物的生物合成途径研究和异源生产菌株的构建。近年来开发了一种适合于真菌基因异源表达的米曲霉系统，米曲霉具有剪切和拼接RNA前体的功能，可以直接表达真核生物由来的含有内含子的基因，省去了培养微生物并提取RNA等繁琐步骤，可以快速表达和验证外源基因的功能。申请人利用米曲霉系统解明了大型真菌由来的erinacine，pleuromutilin等二萜类以及多种倍半萜类化合物的生物合成途径。还对真菌生产的吲哚萜类天然化合物的生物合成途径进行了详细的研究，解明了penitrem、shearinine、paxilline、aflatrem、lolitrem、sespendole等具有代表性的吲哚萜类天然化合物的生物合成途径以及关键酶的反应机理。除此之外还解明了多种聚酮类，萜类，多肽类等天然产物的生物合成途径。在新冠病毒大流行的背景下，蘑菇的免疫调节功能引起了广泛关注。在过去的一年中，人们在寻找除了维持社交距离和接种疫苗以外的免疫疗法和预防措施，其中以功能性蘑菇为代表的传统中药材在这份替代品清单中名列前茅，研究表明蘑菇对新冠病毒SARS-CoV-2具有调节和抗炎作用。蘑菇不仅是促进人类健康的优质食物来源，它们所富含的多糖、萜类等天然产物也是潜在的新药宝贵资源。对其功能活性成分的研究具有良好的市场前景。猴头菇活性物质的开发为人类提供更加丰富的医药先导物。

东北林业大学

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