综述：蛹虫草菌株改良以优化生物活性代谢物生物合成的研究进展与展望

　　本综述系统探讨了蛹虫草(Cordyceps militaris)这一珍稀药用真菌的菌株改良策略。文章深入分析了其活性代谢物（如虫草素、多糖等）的生物合成瓶颈，重点评述了传统诱变、原生质体融合及CRISPR/Cas9等基因组编辑技术在解决菌株退化、遗传不稳定等问题中的应用前景，为代谢工程和新型治疗剂开发提供重要参考。

　　

Abstract

蛹虫草(Cordyceps militaris)是一种珍稀且高价值的药用真菌，因其能产生多种生物活性化合物而受到广泛关注。这些化合物包括核苷类（如虫草素cordycepin）、多糖、洛伐他汀(lovastatin)、类胡萝卜素等，均表现出显著的营养和治疗潜力。然而，蛹虫草的大规模应用受到若干关键挑战的限制。主要限制因素包括菌株在连续传代过程中逐渐退化，这对子实体形成和代谢物生物合成产生不利影响。此外，长期培养中的遗传不稳定性、大规模生产中的污染风险以及缺乏标准化的培养和提取方案，往往导致产品质量参差不齐。高效遗传转化系统的缺失和基因组编辑方法的低成功率进一步加剧了分子菌株改良工作的复杂性。

Graphical abstract

（图文摘要内容主要呈现菌株改良策略与技术路线的整合框架，包括传统方法与现代生物技术的结合应用，此处按需省略具体图示描述）

当前，针对蛹虫草的菌株改良策略主要分为传统方法和先进分子技术两大类。传统方法如物理和化学诱变，通过诱导随机突变以筛选高产菌株，但存在工作量大、效率低且突变方向不可控的缺点。原生质体融合技术则通过融合不同亲本菌株的原生质体，实现遗传物质重组，有助于结合多亲本优良性状，但同样可能引入非目标突变。

近年来，基因组编辑技术特别是CRISPR/Cas9系统的应用为精准菌株改良提供了新途径。该技术允许对特定基因进行定向敲除、插入或修饰，从而直接调控目标代谢物的生物合成通路。例如，通过编辑虫草素生物合成相关基因（如cns系列基因），可有效提高虫草素产量。然而，蛹虫草中遗传操作工具仍不成熟，转化效率低和编辑成功率有限是目前的主要瓶颈。

代谢工程框架的整合进一步拓展了菌株设计的理性化维度。通过系统生物学分析（如转录组学、蛋白组学和代谢组学），可识别关键代谢节点和限速步骤，进而设计优化策略。例如，过表达虫草素合成途径中的关键酶基因（如腺苷酸琥珀酸合成酶）或抑制竞争途径，可能显著提升目标产物积累。此外，结合合成生物学方法，重构或引入外源代谢通路亦有助于开发新型生物活性化合物。

尽管技术进步显著，蛹虫草的大规模产业化仍面临诸多挑战。菌株退化问题需通过改进培养条件和保存方法予以缓解；污染控制需依赖无菌操作技术和生物反应器优化；而标准化协议的缺乏则呼吁行业共识和规范制定。未来研究应聚焦于开发高效遗传转化体系、提高基因组编辑精准度，以及整合多组学数据构建代谢网络模型，从而推动蛹虫草在功能性食品、药品和化妆品领域的应用。

总之，蛹虫草菌株改良是一个多学科交叉的领域，结合传统选育技术与现代分子生物学手段，有望突破现有生产瓶颈，实现其生物活性代谢物的高效、可持续生产。