基于代谢组学技术集成的九州虫草种质资源评价及虫草素生物合成的转录组、蛋白质组学研究

The evaluation of germplasm resource of Cordyceps kyushuensis was carried out with the metabolomics technology, from a standpoint of alternation of generations, to summary the changing rules of metabolite. The proposed integrated technology of were established based on sample extraction and pretreatment methods, research methods of GC-MS and LC-MS/MS, to separate and analysis the wide polar metabolites of the mycelium and fruiting body. The potential key metabolites were identificated to establish the appropriate biomarkers library. RNA-Sequence technology and iTRAQ technology were employed to make a comparative transcriptome and proteomic research of cordyceps in the life history evolution. The possible biosynthesis pathway, regulation mechanism and crucial enzymes of cordycepin was speculated and proved by protein micro-array chip and Western blot, laying a solid foundation for the followed study of synthetic biology.This topic research had a profound theoretical and practical significance on construction of core collection, genetic diversity and stability, gene mapping and function discription.

利用代谢组学技术，从九州虫草两性世代发育过程的角度探讨代谢物种类和数量的变化规律，开展种质资源评价。拟优化待测样本的提取及预处理方法，实现液质和气质关键分析技术的集成，针对菌丝体和子实体的宽极性代谢物分离分析，建立以虫草素为代表的潜在标志物色谱-质谱数据库，筛选虫草素高产菌株；利用转录组学技术，开展菌丝体和子实体高通量测序、注释/比对，寻找虫草素生物合成的候选基因簇；利用蛋白质组iTRAQ定量质谱技术，筛选世代交替中的差异蛋白表达，推测虫草素生物合成途径、关键作用酶及调控机制，应用微阵列芯片及Western-blot技术初步验证候选蛋白，完成合成生物学化学基础研究。. 种质资源评价和虫草素合成的化学生物学研究，对虫草核心种质的构建、遗传多样性及稳定性、优异基因的定位、功能描述等工作具有重大的理论和实践意义。

虫草属真菌的药用、食补功效广受关注，九州虫草种质评价和标志性活性物质-虫草素合成的化学生物学研究，是资源保护性开发中不可或缺的应用基础性工作。选择虫草关键生长周期节点，应用LC-MS、GC-MS技术集成，分析探讨了代谢物种类和数量的变化，鉴别筛选差异代谢物，进行了定性和定量检测、功能注释和代谢途径富集分析。构建了虫草潜在代谢标志物的色谱-质谱数据库，结合代谢途径分析研究，完成了虫草素合成生物学研究的相应化学基础；针对性开展虫草网络药理学研究，进行多组学多维度分析。成功预测潜在活性成分、靶点蛋白和相关疾病之间的分子关系。首次测定了九州虫草不同发育时期的转录组和蛋白质组，通过基因转录和蛋白质表达的差异分析，从分子动态水平对虫草的发育过程进行阐述，证明九州虫草虫草素和喷司他汀共用同一个合成基因簇，应用微阵列芯片及Western-blot技术初步验证合成途径、关键作用酶及调控机制的候选蛋白。首次报道的九州虫草线粒体基因组序列，为冬虫夏草单独划分为Ophiocordycipitaceae科Ophiocordyceps属，蛹虫草与九州虫草归属Cordycipitaceae科Cordyceps属提供了有力支撑。应用肠道代谢组学和微生物组技术，研究了九州虫草活性物质对II型糖尿病合并高脂血症的影响。发现虫草素及虫草水提物可以调节T2DM小鼠肠道微生物的组成结构与数量，干预脂质代谢过程和氧化因子水平，有效地降低血脂异常。揭示了虫草世代交替过程的代谢物变化规律，从转录组和蛋白质组层面对其发育周期进行了全面解析，探讨了虫草素合成代谢途径和调控机制，通过网络药理学和肠道代谢组、微生物组研究，印证了虫草的活性作用，首次报道了九州虫草线粒体基因组序列。本项目对虫草核心种质的构建、优异基因的定位、功能描述等工作具有重大的理论和实践意义。