Penicillium-mediated toxicity and microbial dysbiosis are associated with fruiting body abortion in artificially cultivated Chinese cordyceps.

چکیده اصلی

Chinese cordyceps consists of fruiting body and sclerotia (larvae part) formed through the parasitism of the insect Hepialidae by the fungus Ophiocordyceps sinensis, but artificial cultivation is hindered by fruiting body abortion, severely impacting yield and quality. The interactions between the fungus, its host insects, and soil are critical for its development. Multi-omics analyses were conducted to compare normally and abnormally developing samples, examining microbial communities and metabolites in fungus-colonized host larvae and the mycosphere soil. Abnormal fruiting body development was associated with profound shifts in microbial ecology: fungal diversity increased significantly in both endophytic larvae and mycosphere soil, whereas bacterial diversity decreased within host larvae. The microbial composition in and around abnormal samples was markedly altered, characterized by a high enrichment of Penicillium fungi and a depletion of Bacillus bacteria. Cross-kingdom microbial network analysis showed fewer connections and lower stability in abnormally developing samples. Untargeted metabolomic profiling revealed significant accumulation of the antibiotics N1-hydroxy-roquefortine C and glandicoline A, both roquefortine C derivatives characteristic of Penicillium metabolism, along with enriched pathways involved in antibiotic biosynthesis. Exploratory Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM) analysis supported an associative pathway in which Penicillium-mediated toxicity is correlated with microbial dysbiosis, which in turn is associated with fruiting body abortion. Conversely, Bacillus may play a critical role in suppressing Penicillium overgrowth and maintaining microbial homeostasis, representing a promising target for biocontrol strategies. This study is the first to reveal potential links between Penicillium‑mediated toxicity, microbial imbalance, and developmental disorders of Chinese cordyceps.

ترجمه فارسی چکیده

کوردی‌س چینی شامل بدنه میوه و سکلروتیا (بخش لارو) است که از طریق پارازیت میکروارگانیسم‌های حشرات خانواده هپیالیدا توسط قارچ اوفیوکوردی‌س سیننسس تشکیل می‌شود، اما رشد مصنوعی آن با ریزش بدنه میوه مختل می‌شود که بر تولید و کیفیت تأثیر منفی می‌گذارد. تعاملات بین قارچ، میزبان حشرات و خاک برای توسعه آن حیاتی است. تحلیل‌های چند-اومیک برای مقایسه نمونه‌های عادی و غیرعادی انجام شد تا جوامع میکروبی و متابولیت‌ها در لاروهای میزبان حاکم بر قارچ و خاک میکوسفه بررسی شوند. توسعه غیرعادی بدنه میوه با تغییرات عمیق در اکولوژی میکروبی مرتبط بود: تنوع قارچی در هر دو لارو انتهوفیتی و خاک میکوسفه به طور قابل توجهی افزایش یافت، در حالی که تنوع باکتریایی در لاروهای میزبان کاهش یافت. ترکیب میکروبی در و اطراف نمونه‌های غیرعادی به طور چشمگیری تغییر کرد که با غنی‌سازی بالا از قارچ‌های پنی‌سیلیم و کمبود باکتری‌های باسیلوس مشخص شد. تحلیل شبکه میکروبی فرا-سلسله‌مراتبی نشان داد که در نمونه‌های در حال توسعه غیرعادی، تعداد ارتباطات و پایداری کمتری وجود دارد. پروفایل‌برداری متابولومیک بدون هدف نشان داد تجمع قابل توجهی از آنتی‌بیوتیک‌های N1-hydroxy-roquefortine C و glandicoline A، هر دو مشتقات roquefortine C که ویژگی متابولیسم پنی‌سیلیم هستند، به همراه مسیرهای غنی‌شده درگیر در بیوسنتز آنتی‌بیوتیک. تحلیل اکتشافی مدل معادلات ساختاری حدسی (PLS-SEM) یک مسیر همبستگی را پشتیبانی کرد که در آن سمیت mediated توسط پنی‌سیلیم با بی‌توازن میکروبی مرتبط است که در نوبت خود با ریزش بدنه میوه مرتبط است. در مقابل، باسیلوس ممکن است نقش حیاتی در مهار رشد بیش از حد پنی‌سیلیم و حفظ هم‌توازن میکروبی داشته باشد و هدفی امیدوارکننده برای استراتژی‌های کنترل بیولوژیک است. این مطالعه اولین کاری است که لینک‌های بالقوه بین سمیت mediated توسط پنی‌سیلیم، ناهماهنگی میکروبی و اختلالات رشدی کوردی‌س چینی را آشکار می‌کند.

متن کامل اصلی