組學(xué)分析技術(shù)在食用菌中的研究進(jìn)展

于 洋，張彥龍

（1.黑龍江大學(xué) 農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)教育部工程研究中心，黑龍江哈爾濱 150500； 2.黑龍江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080）

多組學(xué)分析技術(shù)主要從基因序列、轉(zhuǎn)錄本、蛋白質(zhì)、生物小分子代謝物不同角度出發(fā)，在整體上探索生物體變化的規(guī)律[1]。多組學(xué)分析技術(shù)主要包括基因序列對應(yīng)的基因組學(xué)技術(shù)、轉(zhuǎn)錄本對應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)、蛋白質(zhì)對應(yīng)的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，生物小分子代謝物對應(yīng)的代謝組學(xué)技術(shù)等。食用菌是一種可以供人們食用的大型真菌，不僅營養(yǎng)價值豐富，具有極佳的口感。而且種類繁多。如今，已經(jīng)通過栽培技術(shù)開始栽培食用菌，并且為種植菌農(nóng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時由于人們對食用菌了解還處于發(fā)展階段，使一些問題還不能解決，導(dǎo)致菌農(nóng)利益虧損，通過組學(xué)分析技術(shù)對食用菌在分子方面進(jìn)行深入研究，對日后食用菌的改善有巨大意義。因此，本文對基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組及多組學(xué)聯(lián)合分析在食用菌中的應(yīng)用及展望進(jìn)行綜述。

1 基因組學(xué)在食用菌研究中的應(yīng)用

1.1 基因組學(xué)技術(shù)在食用菌中的應(yīng)用

基因組學(xué)在食用菌中應(yīng)用最廣泛的是全基因組學(xué)技術(shù)。草菇是作為最常見的食用菌之一，由于它的營養(yǎng)物質(zhì)豐富，深受人們喜愛，但因其在生長發(fā)育過程中生物轉(zhuǎn)換效率較低，使草菇的發(fā)展受到限制。研究者將草菇的全基因組進(jìn)行高通量測序后，得到35.7 Mb的基因組數(shù)據(jù)。測序結(jié)果顯示，草菇生物轉(zhuǎn)化率低的主要原因之一可能是由于草菇中缺少降解木質(zhì)素能力的酶，即木質(zhì)素降解酶系統(tǒng)[2]。靈芝是食用菌中被人們熟知的名貴藥材，全基因組測序結(jié)果為38.24 Mb，其中包含基因數(shù)12 080個。測序后注釋了16個漆酶、7個氧化酵素、9個乙二醛氧化酶類、40個促進(jìn)幾丁質(zhì)降解的酶，此外還比對到36個與降解木質(zhì)素相關(guān)的氧化還原酶基因。

此外，在裂褶菌以及金針菇全基因組的數(shù)據(jù)中同樣也發(fā)現(xiàn)與降解木質(zhì)素有關(guān)的基因，為后續(xù)食用菌的研究提供了依據(jù)[3]。

1.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在食用菌中的應(yīng)用

轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析技術(shù)是通過轉(zhuǎn)錄組測序后，尋找差異基因并且探究不同品種或不同發(fā)育時期基因表達(dá)量的不同。雙孢蘑菇不僅味道鮮美，而且營養(yǎng)豐富，是人們生活中常見的食用菌，但雙孢蘑菇容易褐變，因而不易貯藏。2019年，彭博等[4]通過對不同貯藏時間的雙孢蘑菇菌蓋進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，篩選出一些和酶促褐變有關(guān)的基因，為后續(xù)雙孢蘑菇在改良褐變基因的研究上提供參考。黑木耳是最受人們喜愛的食用菌，并為菌農(nóng)提供了極大收益，它的價格往往取決于它的耳型，對不同性狀的（無筋、半筋、全筋）的黑木耳進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，篩選出一些與黑木耳褶皺有關(guān)的基因，對后續(xù)黑木耳基因性狀的研究提供了參考。轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)對食用菌后續(xù)分子方面的研究提供了極大幫助。

1.3 代謝組學(xué)在食用菌中的應(yīng)用

目前，代謝組學(xué)在食用菌中的應(yīng)用沒有其他組學(xué)廣泛，李康樂[5]利用HPLC-MS的代謝組方法對幾種不同的食用菌及其他真菌的代謝組進(jìn)行差異比較分析，為后續(xù)食用菌代謝組的研究提供參考價值。

1.4 蛋白組學(xué)在食用菌中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)不僅是功能基因組學(xué)的重要組分，還是研究生命生理機制的重要研究。張美敬[6]對經(jīng)過高溫脅迫后的平菇進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，起主導(dǎo)作用的蛋白主要分布在線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及分泌途徑中。馮軍勝等對不同發(fā)育時期的平菇進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，共發(fā)現(xiàn)214個差異表達(dá)蛋白，主要集中在抗氧化活性、磷酸化修飾以及信號通路途徑等。

2 不同組學(xué)技術(shù)結(jié)合在食用菌中的應(yīng)用

多組學(xué)聯(lián)合分析就是將基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)相互結(jié)合，各組技術(shù)互相取長補短達(dá)到最好的分析效果。它作為研究生命機體的一個比較新穎的方向和思路，雖然已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、植物、微生物等方面有了一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，但是由于數(shù)據(jù)分析時，深入研究復(fù)雜，聯(lián)合分析會存在一定的難度。多組學(xué)聯(lián)用技術(shù)已在食用菌中得到應(yīng)用，趙旭[7]以香菇為主栽品種，以及經(jīng)誘變和篩選得到的高溫恢復(fù)型菌株IN44為供試材料，通過測定兩種菌株的表型指標(biāo)，評估香菇菌株在應(yīng)答高溫助迫后的內(nèi)參基因篩選及轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)檢測技術(shù)，從轉(zhuǎn)錄、蛋白和代謝水平解析香菇應(yīng)答高溫脅迫過程中的分子表達(dá)模式，探究高溫脅迫中的分子機理，對后續(xù)香菇的改善栽培條件有重要的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)語

隨著組學(xué)分析技術(shù)的不斷完善，對食用菌的研究也在不斷深入，通過全基因組序列測序可以讓研究者更深入地了解不同種類的食用菌的基因數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)錄組分析，可以探究一些同種類食用菌不同表現(xiàn)型的基因表達(dá)差異。代謝組學(xué)是采用定量和定性的方法探究食用菌中維持生物體正常生長發(fā)育功能的小分子化合物；蛋白質(zhì)組學(xué)是探究生食用菌生長發(fā)育的蛋白質(zhì)變化[8]。如今代謝組以及蛋白質(zhì)組學(xué)在食用菌中運用較少，但由于基因組和轉(zhuǎn)錄組的基礎(chǔ)已經(jīng)打好，后續(xù)在食用菌的研究方面會不斷進(jìn)行完善，再將多組學(xué)聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用到食用菌中，與栽培產(chǎn)業(yè)結(jié)合，一定會為食用菌產(chǎn)業(yè)帶來更大的效益，相信組學(xué)分析技術(shù)的研究，將為食用菌產(chǎn)業(yè)開啟更為廣闊的應(yīng)用前景[9]。