Mushrooms play crucial roles as reservoirs of naturally occurring bioactive compounds. Among these, Cordyceps militaris is significant because of its well-established reputation for organoleptic excellence and positive health effects, which have led to its widespread commercialization. In contrast, the key properties of Paecilomyces variotii, an ectomycorrhizal symbiont, has received limited attention. In alignment with current research trends, the study of the mycelia and culture media of these mushrooms hold promise in identifying potential sources of valuable bioactive compounds. In the present study, we investigated C. militaris and P. variotii for their phenolic acids and sterols, assessing antioxidant capacity, anti-inflammatory effects, and anti-proliferative activity. Interestingly, P. variotii mycelia exhibited higher concentrations of ergosterol and phenolic compounds, with comparable levels observed in the fruiting bodies, along with superior antioxidant activity compared to that of C. militaris. In contrast, C. militaris mycelia demonstrated anti-inflammatory effects (which were absent in P. variotii mycelia) and cytotoxicity comparable to, and at times exceeding, that of its fruiting bodies (in contrast to P. variotii). In addition, the species analyzed in this study displayed variations in growth rates and mycelial production, which merit consideration for potential future applications and further study.
There is a growing consumer preference for self-medication, which has resulted in the growth of the Korean functional food market to \1.5 trillion in 2014. Functional foods that can modulate immune responses and enhance liver health are in the top 2 product-specific health functional food categories. The aim of this project was to develop and commercialize new health functional foods incorporated with Cordyceps militaris. Cordyceps genus includes about 400 species, many of which have been used as traditional medicines for many years in Asian countries. C. militaris belongs to the class Ascomycetes and has been used extensively as a crude drug and tonic food in East Asia. Owing to the various physiological activities of its main active constituent, cordyceptin, C. militaris is currently being used for multiple medicinal purposes. Recently, many studies have tried to elucidate the pharmacological mechanisms underlying the activities of Cordyceps spp., which include immune activation, anti-inflammatory, anticancer, and antiviral effects. After continuous attempts and research toward industrialization, C. militaris cultivated using brown rice was developed into a product by a standardized process and mass-cultivating system. It was successfully introduced into the market and was approved as a functional food ingredient for the first time in Korea. Based on this information, C. militaris containing functional food product for strengthening the immune system was released in August 2014 under the brand name "Dongchoong Ilgi." Dongchoong Ilgi is potentially beneficial for improving immune and liver functions and may enhance both the convenience and effectiveness of health functional foods taken by healthy people and patients with minor illness. In addition, the results of our study may be applicable for the development of health functional foods that could lower the risk of diseases such as the common cold and cancer.
Seventy two isolates of Cordyceps militaris collected from 11 sites in Korea, including two isolates from ATCC, were used to assess genetic variation within Cordyceps militaris. The anamorph stage and cultural characteristics of C. militaris were observed through microscope and investigated on PDA respectively. The anamorphs of C. militaris were identified to be Verticillium. Isolates of C. militaris showed different growth rates, morphology and color. Fifty six isolates of single ascospore and seventy two isolates of mass ascospore from C. militaris were analysed using by Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) for genetic relationship analysis. Fifty six single ascospore isolates fell into two groups by phenogram constructed from distance values using the UPGMA method in NTSYS-pc software: group A from artificial fruit body of C18 except for isolate 51; group B from artificial fruit body of C738. The average genetic distance value within group A is 0.150 and group B is 0.163. The average genetic distance value between the two groups is 0.221. The average genetic distance value within 56 single ascospores is 0.207 and 72 mass ascospores is 0.330. Genetic relationships were not found among 72 mass ascospore isolates obtained from eleven geographically distant populations.
Cultural characteristics of Cordyceps militaris preserved in EFCC, Kangwon National University were investigated for the mass production. The higher mycelial density of C. militaris was observed in Sabouraud's yeast and Yeast Malt agars, but the higher mycelial growth in Mushroom Minimal agar than other agars. The mycelium of C. militaris was observed to grow well at $25^{\circ}C$ and pH 6.0 respectively. The dextrose was found the best suitable energy source among the carbohydrates used for its mycelial growth, while the fructose or lactose observed to be well for mycelial growth. Hemoglobin was observed to be the best among the protein sources used for mycelial growth, while tryptone found to be the best in the spore formation. Similarly, the mycelial growth was best in mineral salts of $KH_2PO_4$ or $K_2HPO_4$ and the optimum C/N ratio was 100 : 1.
Conidial development of Cordyceps militaris was observed from germinating ascospores and vegetative hyphae through light and scanning electron microscopy (SEM). Ascospores were discharged from fresh specimens of C. militaris in sterile water as well as Sabouraud Dextrose agar plus Yeast Extract (SDAY) plates. We observed ascospore germination and conidial formation periodically. Under submerged condition in sterile water, most part-spores germinated unidirectionally and conidia were developed directly from the tips of germinating hyphae of part-spores within 36 h after ascospore discharge, showing microcyclic conidiation. First-formed conidia were cylindrical or clavate followed by globose and ellipsoidal ones. Germination of ascospores and conidial development were observed on SDAY agar by SEM. Slimy heads of conidia on variously arranged phialides, from solitary to whorl, developed 5 days after ascospore discharge. Besides, two distinct types of conidia, elongated pyriform or cylindrical and globose, were observed in the same slimy heads by SEM. Conidia were shown to be uninucleate with 4,6-diamidino-2-phenylindole staining. Conidiogenous cells were more slender than vegetative hyphae, having attenuated tips. Microcyclic conidiation, undifferentiated conidiogenous hyphae (phialides), polymorphic conidia and solitary, opposite to whorled type of phialidic arrangement are reported here as the characteristic features of asexual stage of C. militaris, which can be distinguished from other Cordyceps species.
Characteristic growth patterns of Cordyceps militaris isolates on various media, under varying light conditions and at varying incubation periods were examined. Light was found to be the most critical single factor in determining the density, texture, and pigmentation of the mycelial culture of the fungus. However, under the light condition, the degree of pigmentation and mycelial density were found to be affected by the incubation period and type of medium. Irrespective of the variations in medium type or incubation period, there was no pigmentation of the mycelium under dark condition. Radial growth of the mycelium was faster under dark incubation rather than under light incubation. Abundant mycelial density and darkest pigmentation of C. militaris isolates were produced in nutritionally rich media like SDAY, SMAY and CZYA, suggesting that these media may fulfill all the requirements for vegetative growth of the fungus. Growth characteristics of C. militaris isolates could be easily observed by the simple agar culture method, which would be useful to characterize the phenotypic characteristics of large number of pure cultures of the fungus under given conditions of growth factors such as medium, light and temperature.
The ascomycete fungus Cordyceps militaris infects lepidopteran larvae and pupae and forms characteristic fruiting bodies. Owing to its immune-enhancing effects, the fungus has been used as a medicine. For industrial application, this fungus can be grown on geminated soybeans as an alternative protein source. In our study, we performed a comprehensive transcriptomic analysis to identify core gene sets during C. militaris cultivation on germinated soybeans. RNA-Seq technology was applied to the fungal cultures at seven-time points (2, 4, and 7-day and 2, 3, 5, 7-week old cultures) to investigate the global transcriptomic change. We conducted a time-series analysis using a two-step regression strategy and chose 1460 significant genes and assigned them into five clusters. Characterization of each cluster based on Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes databases revealed that transcription profiles changed after two weeks of incubation. Gene mapping of cordycepin biosynthesis and isoflavone modification pathways also confirmed that gene expression in the early stage of GSC cultivation is important for these metabolic pathways. Our transcriptomic analysis and selected genes provided a comprehensive molecular basis for the cultivation of C. militaris on germinated soybeans.
The ascomycete fungus Cordyceps militaris infects lepidopteran insect pupae, forming characteristic fruiting bodies called "Dong Chung Ha Cho" in Korean. They have been used as medicines owing to their anti-allergic, anti-inflammatory, and immune-enhancing effects. This fungus can be grown on the geminated soybeans Rhynchosia nulubilis, which also contains several novel isoflavones. We performed a comparative transcriptome analysis to determine core gene sets or pathways contributing to biologically active products such as isoflavone. Initially, we sequenced 2-week-old fungal cultures on different soybean agar media, where different amounts of water agar were implemented to show different surface topology. We selected 830 upregulated and 188 downregulated genes by comparing linear models of the samples (two-fold change threshold). Gene ontology analysis identified that the "IMP biosynthesis" term was significantly found in the upregulated gene sets. The pathway is involved in the synthesis of cordycepin, the reference chemical for C. militaris. This finding in the transcriptome data is consistent with the previous observation: increased cordycepin concentrations in the C. militaris cultured on germinated soybean.
Si Young Ha;Hyeon Cheol Kim;Woo Seok Lim;Jae-Kyung Yang
Journal of Mushroom
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v.22
no.3
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pp.81-86
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2024
Cordyceps militaris is widely used in China, Korea, and other Asian countries as both a traditional medicinal ingredient and an edible fungus. This study aimed to optimize the growth conditions and fruiting body production of C. militaris by investigating various culture media and physical parameters such as pH, aeration, illumination, temperature, spawn materials, and oat-sawdust-based substrate formulations. After a 7-day incubation period, oats with a pH of 6.0, under sealed and illuminated conditions at 32℃, demonstrated the most effective mycelial growth. Substrates consisting of 70% oat and 30% sawdust had the shortest incubation time of 30.5 days for fruiting body formation. The basidiospores showed a typical germination pattern where the sporidium produced a single germ tube that elongated, and branched to form monokaryotic primary mycelia. In conclusion, using oats as a substrate in the cultivation of C. militaris could reduce production costs and help protect the environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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