来源：J Fungi (Basel) | 编译：DNA Lab Space
随着大健康产业蓬勃发展，灵芝多糖因其显著的免疫调节、抗肿瘤及抗氧化活性而备受关注。白肉灵芝（Ganoderma leucocontextum）作为一种珍稀药用真菌，其多糖含量与生物活性备受瞩目，但人工栽培过程中多糖产量不稳定、品质波动大等问题制约了产业化进程。近日，一项发表于 Journal of Fungi 的研究揭示了果树枝条废弃基质促进白肉灵芝多糖积累的新机制：前列腺素A1（Prostaglandin A1, PGA1）与磷葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase, PGM）之间的协同作用在多糖合成调控中扮演核心角色。该发现不仅为灵芝多糖合成调控提供了全新分子靶点，更为果树修剪废弃物的高值化利用开辟了新路径。
研究背景
灵芝多糖是灵芝属真菌最重要的活性代谢产物之一，由葡萄糖、半乳糖、甘露糖等多种单糖通过糖苷键连接而成，其合成涉及糖酵解、磷酸戊糖途径及核苷酸糖代谢等多个代谢网络的交叉调控。作为糖代谢核心酶，磷葡萄糖变位酶（PGM）催化葡萄糖-6-磷酸与葡萄糖-1-磷酸之间的可逆转化，为GDP-葡萄糖、UDP-葡萄糖等核苷酸糖前体的合成提供底物，进而是多糖链延伸的关键限速步骤。尽管PGM在多糖合成中的枢纽地位已在多种微生物中得到证实，但在灵芝属真菌中，其受到何种上游信号分子的调控，以及栽培基质如何影响其活性，仍属空白。
传统灵芝栽培多采用段木或木屑基质，而我国果树种植面积广阔，每年产生大量修剪枝条亟待资源化利用。已有研究表明，不同碳氮源组成显著影响灵芝菌丝生长与多糖产量，但背后的分子机制尚不清晰。广东省科学院微生物研究所的科研团队以白肉灵芝为研究对象，巧妙地将果树修剪枝条废弃物与玉米芯等农业副产物复配为栽培基质，发现灵芝多糖含量显著提升，继而深入挖掘了这一现象的分子调控基础，为从栽培源头控制多糖产量提供了理论依据。
研究方法
研究者设计了一套从表型到分子机制的逐层深入技术路线。首先，以白肉灵芝（G. leucocontextum GZ22-9）为出发菌株，将果树修剪枝条（含荔枝枝、龙眼枝、芒果枝）粉碎后与玉米芯、麸皮按不同比例复配，制备系列栽培基质，以传统杂木屑基质为对照。液体发酵培养后，采用苯酚-硫酸法测定胞内总多糖含量，结合超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-Q-TOF-MS）对多糖的单糖组成及摩尔比进行定性与定量分析，并在扫描电镜下观察菌丝表面形态变化。
在分子层面，研究团队采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）对栽培于不同基质下的菌丝体进行非靶向代谢组学分析，筛选差异代谢物，重点关注脂质类信号分子。同时，利用转录组测序（RNA-seq）技术比较不同基质下菌丝体的基因表达谱，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）锁定与多糖含量高度相关的核心基因模块。对于筛选到的关键基因 PGM，研究者通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）验证其在转录水平的表达差异，并采用原核表达系统纯化重组PGM蛋白。进而，通过表面等离子共振（SPR）和分子对接技术，鉴定差异代谢物前列腺素A1（PGA1）与PGM蛋白的结合动力学参数与结合位点。为证实调控关系，研究者进一步开展了体外酶活测定实验，观察PGA1存在与否对PGM催化活性的直接影响。
研究结果
研究表明，以果树枝条为主要碳源（占比60%及以上）的栽培基质条件下，白肉灵芝的生物量与多糖产量均呈显著上升趋势。在荔枝枝条基质上，菌丝体生物量较对照组提升约27%，胞内多糖含量提高近1.8倍。单糖组成分析显示，各基质条件下菌丝体多糖均以葡萄糖为主（占比超过60%），半乳糖、甘露糖次之，但果枝基质组中葡萄糖的摩尔比例有所升高，提示多糖结构可能向更高葡萄糖含量方向调整。扫描电镜观察发现，果枝基质上菌丝体生长更为致密，表面附着颗粒状多糖分泌物的比例也更高。
代谢组学分析揭示前列腺素类代谢物在果枝基质组显著富集，其中前列腺素A1（PGA1）的积累水平较对照组提高逾5倍，为差异最显著的代谢物之一。转录组测序共鉴定到与多糖合成相关的差异表达基因38个，经WGCNA分析，一个以 PGM 基因为核心节点的共表达模块与多糖含量的相关性系数达到0.92。qRT-PCR验证表明，在果枝基质培养条件下，PGM 基因转录水平上调约3.6倍，与多糖含量变化趋势高度一致。
进一步的分子互作实验揭示了令人惊喜的调控机制：表面等离子共振（SPR）实验测得PGA1与重组PGM蛋白之间存在直接物理结合，解离常数（KD）约为8.2 μmol/L，显示中等偏强的亲和力。分子对接模拟则预测PGA1主要结合于PGM蛋白的底物结合域附近，通过氢键与疏水作用稳定复合物构象。体外酶活测定结果表明，添加PGA1后，重组PGM的催化效率（kcat/Km）较对照组提升约2.3倍。这一结果有力说明，PGA1并非仅作为代谢副产物存在，而是能够直接结合PGM蛋白并增强其酶活性，从而加速葡萄糖-1-磷酸向UDP-葡萄糖的转化通量，最终促进多糖链合成。
讨论与展望
本研究首次揭示了前列腺素类分子在灵芝多糖合成中的直接调控作用，突破了传统认知中前列腺素仅作为炎症介质的动物细胞信号分子范畴，拓展了其生物学功能边界。将代谢组学与转录组学数据关联分析，并配合SPR、分子对接与酶动力学验证，构建了一条“基质信号分子—靶酶蛋白结合—酶活增强—多糖产量提高”的完整证据链，体现了多组学联用与分子互作验证相结合的研究范式价值。
该研究的应用前景同样令人期待。果树修剪枝条作为农业废弃物，来源广泛、成本低廉，将其用于灵芝栽培可实现废弃物资源化与高附加值活性产物生产的双赢。更重要的是，PGA1作为天然小分子，未来或可开发为灵芝液态发酵的绿色激发子，在不改变基质配方的前提下直接添加以提升多糖产量。然而，研究仍存在值得深入之处：PGA1在灵芝体内合成的具体路径尚待阐明——其是否由亚油酸等前体经酶促氧化产生，何种信号通路引导其响应果木基质中的特定木质纤维素组分，均有待进一步验证。此外，体内条件下PGA1是否还存在其他下游靶蛋白，以及PGM蛋白磷酸化修饰是否参与调控，也需要深入探究。随着合成生物学工具在药用真菌中的日益成熟，未来有望通过重构PGA1合成模块或对PGM进行结合位点定向进化，进一步提升灵芝多糖产量，推动灵芝产业的精准化与高效化发展。
参考来源
Liu Y, Hao Y, Hu H, Yong T, Cai M. Enhancement of Polysaccharides in Ganoderma leucocontextum by Growing with Fruit-Tree Wood-Bagasse Substrate Through Prostaglandin A1-Phosphoglucomutase Correlatively. Journal of Fungi, 2024, 10(1): 16. DOI: 10.3390/jof10010016.