基于代谢组学方法研究黄酮类化合物对红曲菌产桔霉素的影响

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红曲菌是一种能产生多种有益代谢产物的丝状真菌,但是真菌毒素桔霉素的产生限制了红曲菌在工业上的应用,国内外学者在就如何降低红曲菌产桔霉素方面做出了大量工作,本实验室也在前期的研究中发现添加外源物质(黄酮类化合物)对红曲菌产桔霉素有不同的降低效果,但是添加黄酮类化合物后产生的差异代谢物与桔霉素在合成通路上有何关联尚未可知,因此本文基于代谢组学的方法研究黄酮类化合物对红曲菌产桔霉素的影响及金雀异黄酮在红曲菌中的利用和转化情况。(1)首先,本文基于~1H NMR的代谢组学方法研究了四种黄酮化合物对红曲菌产桔霉素的影响,结果发现当添加不同的黄酮化合物(金雀异黄酮,黄豆苷元,芹菜素,山奈酚),桔霉素的含量分别降低了78.13%、10.57%、45.62%、43.84%。收集发酵培养基的胞内菌体进行~1H NMR上机检测分析,总共筛选到15种显著的差异代谢物,其中生物素,2-磷酸甘油酸,谷氨酸,天冬氨酸,绿原酸盐和糖胆酸盐的含量和对照组相比呈下调趋势,而其他9种化合物的含量均高于对照组。鉴定出的这些代谢产物主要涉及的代谢途径有:赖氨酸代谢;精氨酸代谢;丙氨酸,谷氨酸和天冬氨酸代谢;生物素代谢;精氨酸,谷胱甘肽代谢和脯氨酸代谢。此外,当添加金雀异黄酮后,我们识别出2种有效的差异代谢物(辛酸和乙醇),这两种物质在实验组中均呈现上调趋势。最后经过KEGG通路分析发现谷氨酸,天冬氨酸,生物素和2-磷酸甘油酸酯这4种差异代谢产物的下调参与调节桔霉素合成通路的乙酰辅酶A的合成,同时也发现筛选出来的这4种差异代谢物间接地参与脂肪酸合成途径,从而影响桔霉素的合成。(2)其次,我们分别采用HPLC和UHPLC-Q-TOF MS/MS的仪器分析平台分析了金雀异黄酮在红曲液态发酵的不同阶段(6、9、12 d)对红曲菌产桔霉素的影响,结果发现金雀异黄酮对红曲菌产桔霉素的降低效果在6、9、12d时分别为74.60%、74.26%和78.02%。在正离子模式下,筛选到21种差异代谢物在红曲菌液态发酵的不同阶段发生了变化,负离子模式下只筛选到了4种差异代谢物。其中从这些代谢物中,又发现了L-天冬酰胺,L-谷氨酰胺,L-赖氨酸,瓜氨酸,L-脯氨酸和烟酰胺这几种差异代谢物可能和桔霉素的合成通路相关联。这5种代谢产物分别参与了天冬氨酸,谷氨酸途径;三羧酸循环;丙酮酸合成途径和赖氨酸降解途径,且检测到这几种代谢物的含量均低于对照组。这些代谢产物的下调直接或者间接地调控与桔霉素合成相关的乙酰辅酶A的合成,最终导致乙酰辅酶A合成不足,从而影响了桔霉素的含量。(3)最后,我们在红曲菌的液态发酵培养基中添加不同含量的金雀异黄酮,经过不同天数的培养后检测其被利用和转化的程度。结果发现,红曲菌和大多数真菌一样本身也能产金雀异黄酮这一黄酮类化合物,当添加0.1 g/L金雀异黄酮时其生物量和对照组相比并没有明显的变化趋势,当分别添加0.5 g/L、1.0 g/L和2.0 g/L金雀异黄酮时,菌体量在不同天数下同时呈现逐步上升的趋势,且随着发酵时间的延长在第6 d时生物量均达到最大,随后生物量有所降低。此外,我们发现金雀异黄酮的添加量和其利用率存在剂量效应关系,也就是随着添加量的增大,金雀异黄酮被利用得就越多,但是我们发现当添加0.5g/L、1.0 g/L和2.0 g/L的金雀异黄酮含量时,在第9 d时金雀异黄酮的利用率逐渐降低,但当添加0.1 g/L的金雀异黄酮时在第12 d的时候其利用率才逐渐降低,而且我们发现当添加0.1 g/L的金雀异黄酮时在第6和第9天的时候对红曲菌产桔霉素的降低效果并不明显,在12 d时桔霉素才有降低的趋势,降低作用在29%左右。
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