近年來，羊肚菌種植規(guī)模發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)發(fā)展備受關(guān)注。同時(shí)，作為低溫型菌種品類，羊肚菌對(duì)高溫敏感，尤其是六妹羊肚菌（Morchella sextelata），種植過程中遭遇高溫往往造成減產(chǎn)甚至絕收?！熬鷦貲1-8”（以下簡(jiǎn)稱“D1-8”）是菌勝生物近幾年選育的溫度高抗型六妹羊肚菌菌株，目前已在全國(guó)20余個(gè)省份種植，因其抗高溫能力強(qiáng)、產(chǎn)量高等特點(diǎn)獲得了廣大種植基地的高度認(rèn)可。同樣作為六妹羊肚菌，為何D1-8的抗高溫能力如此突出？它在高溫脅迫下的分子機(jī)制又是怎樣的？
2025年1月18日，菌勝生物聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所在關(guān)于六妹羊肚菌高溫適應(yīng)性機(jī)制的研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果以“Integrated Transcriptomic and Proteomic Analyses Reveal Molecular Mechanism of Response to Heat Shock in Morchella sextelata”為題在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Fungi (2023 IF = 4.2)上在線發(fā)表。
深入理解羊肚菌在高溫脅迫下的響應(yīng)機(jī)制，本研究選取了耐熱性能具有差異的兩個(gè)代表性菌株，分別為：菌株C（常規(guī)菌株）和菌株D（D1-8），通過實(shí)驗(yàn)室菌絲高溫篩選與田間栽培驗(yàn)證，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析，全面探究羊肚菌菌絲在高溫脅迫下的響應(yīng)機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)顯示，在適宜溫度（18°C）下，兩種菌株的菌絲生長(zhǎng)無顯著差異，菌絲均為淡白色，呈放射狀從接種塊向外生長(zhǎng)，邊緣整齊，生長(zhǎng)速率約為 0.40 - 0.50 mm/h。但在高溫（28°C）條件下，二者的生長(zhǎng)速率均顯著下降，最快生長(zhǎng)速率僅為 0.30 ± 0.02 mm/h，菌株 C 能持續(xù)生長(zhǎng) 6 代，而菌株 D 則能持續(xù)生長(zhǎng)8代，表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐熱性能。田間栽培試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了菌株 D 在高溫環(huán)境下的產(chǎn)量顯著高于菌株 C（圖1）。研究人員隨后對(duì)菌株C和菌株D在高溫脅迫下開展了轉(zhuǎn)錄組和蛋白組層面的分析，并重點(diǎn)關(guān)注2個(gè)層面的問題。
首先，從共性特征上講，羊肚菌菌絲在遭遇高溫脅迫時(shí)基因的轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄組）和蛋白質(zhì)的合成（蛋白組）會(huì)發(fā)生哪些變化？結(jié)果顯示：高溫脅迫激活了細(xì)胞壁完整性（CWI）- 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)了熱休克蛋白（HSP）的表達(dá)。同時(shí)，高溫脅迫會(huì)抑制蛋白質(zhì)的合成，誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生，觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，同樣刺激HSP的表達(dá)。HSP與CWI通路相互作用，起到維持細(xì)胞壁穩(wěn)定性的作用。
其次，為何菌株D（D1-8）比菌株C具有更強(qiáng)的耐高溫能力？研究發(fā)現(xiàn)，相比菌株C，高溫下菌株 D（D1-8）的氧化還原與能量代謝通路顯著富集，且特異性地上調(diào)了泛素-蛋白酶體系統(tǒng)相關(guān)基因，特別是Rsp5基因在菌株D中顯著的高表達(dá)，對(duì)菌株D（D1-8）中熱休克蛋白（HSP）的表達(dá)起到促進(jìn)作用，HSP與CWI通路相互作用，更好的維持細(xì)胞壁的穩(wěn)定性。
一句話總結(jié)：高溫脅迫下羊肚菌菌絲通過一系列基因表達(dá)和蛋白質(zhì)合成通路的反應(yīng)，刺激熱休克蛋白（HSP）的合成，進(jìn)而起到維持細(xì)胞壁穩(wěn)定性的作用。但這個(gè)能力在不同菌株間是有差異的，菌株D（D1-8）則具有更強(qiáng)的氧化還原和能量代謝能力，一些關(guān)鍵基因如Rsp5等的高表達(dá)會(huì)促進(jìn)菌株D（D1-8）產(chǎn)生更多的熱休克蛋白（HSP），以此能夠更好的維持細(xì)胞壁的穩(wěn)定性，這也是菌株D1-8具有更強(qiáng)抗高溫能力的深層次原因。
西北工業(yè)大學(xué)博士生張杰雄和菌勝生物育種負(fù)責(zé)人李艷霞為本論文的共同第一作者，西北工業(yè)大學(xué)張晨博士為本論文通訊作者。未來，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步挖掘和利用抗高溫相關(guān)靶標(biāo)基因和蛋白質(zhì)，以期選育出具有更強(qiáng)耐高溫能力的羊肚菌新品種，推動(dòng)羊肚菌產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
圖1 高溫條件下菌絲提前老化且產(chǎn)量下降
圖2 高溫下菌株 D（D1-8）具有更強(qiáng)的氧化還原與能量代謝能力
作者：張杰雄 博士
