組學(xué)分析技術(shù)在新疆食用菌中的研究進展

劉璐萍，徐 恒，姜露熙，郭志遠，裴龍英*

（1.新疆理工學(xué)院 新疆黑木耳工程技術(shù)研究中心，新疆阿克蘇 843000；2.塔里木大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，新疆阿拉爾 843300）

組學(xué)分析技術(shù)是多種生物組學(xué)分析技術(shù)的總稱，包括蛋白組分析技術(shù)、轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)、基因組分析技術(shù)和生物小分子代謝組分析技術(shù)等，對了解生物體蛋白、基因、小分子變化特征具有重要意義，如今已在食品生物研究中廣泛應(yīng)用，并用于指導(dǎo)生物栽培。新疆地理位置特殊，生長著許多珍奇的食用菌。食用菌是一類可以食用的真菌，口感極佳，含有豐富的營養(yǎng)價值，具有很高的食用價值，同時具有極高的開發(fā)和利用價值。但目前學(xué)界對新疆食用菌的認(rèn)識程度有限，尚處于發(fā)展階段，無法廣泛栽培；少數(shù)菌農(nóng)能栽培部分新疆食用菌，但在食用菌栽培過程中遇到的各種問題無法得到有效解決。新疆食用菌的發(fā)展現(xiàn)狀使其無法充分發(fā)揮自身價值，且不利于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。應(yīng)用組學(xué)分析技術(shù)有助于了解新疆食用菌的基因分子學(xué)變化規(guī)律，對有效開發(fā)新疆食用菌的應(yīng)用價值具有積極作用，且有助于推動地方及全國經(jīng)濟發(fā)展。

1 新疆食用菌

新疆地區(qū)有著豐富的雪山、冰川，此種生態(tài)環(huán)境孕育了大片原始森林、草原，為各種食用菌的生長提供了良好的生態(tài)環(huán)境，在大山深處、草原盡頭均生長著大量珍奇菌類。新疆食用菌的種類較豐富，天山上的羊肚菌、南疆的巴楚菇、裂蓋馬鞍菌、北疆戈壁灘上的阿魏菇、阿爾泰山中的松茸、巴里坤西海子的巴爾喀什黑傘（焉耆黑蘑菇）和巴音布魯克草原的白鱗菇等均是新疆地區(qū)特有菌種，更是難得一見的珍奇菌種。新疆食用菌營養(yǎng)豐富，富含大量氨基酸、脂肪酸、礦物質(zhì)和多糖，能滿足人體的營養(yǎng)需求，長期食用不僅能優(yōu)化個體營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、提升人體免疫力，且具有促進大腦發(fā)育、預(yù)防心血管疾病、降血壓等諸多保健功能，食用價值極高。但新疆地區(qū)地理環(huán)境特殊，大量食用菌只在當(dāng)?shù)鼐植康貐^(qū)自然生長，未形成種植栽培技術(shù)。因此，新疆地區(qū)以外的居民并不認(rèn)識新疆食用菌，更沒有食用過，即使是當(dāng)?shù)鼐用瘢捎谌狈茖W(xué)的種植栽培技術(shù)，也難以經(jīng)常食用，所以新疆食用菌的食用價值未得到充分發(fā)揮，這對當(dāng)?shù)厣踔潦侨珖际菢O大的損失。

基于新疆食用菌的發(fā)展現(xiàn)狀，有必要加深人們對新疆食用菌的認(rèn)識，通過組學(xué)分析技術(shù)了解新疆食用菌生物學(xué)特性、生長規(guī)律，為新疆食用菌的種植栽培、品種改良提供參考。這不僅有助于滿足不同地區(qū)對于新疆食用菌的食用需求，而且能帶來巨大的經(jīng)濟效益，推動新疆區(qū)域特色經(jīng)濟發(fā)展。

2 組學(xué)分析技術(shù)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，組學(xué)分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食用菌研究中，其中基因組學(xué)分析技術(shù)應(yīng)用最廣泛，其次為轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)，蛋白組學(xué)的應(yīng)用相對較少。不同組學(xué)分析技術(shù)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用情況如下。

2.1 基因組學(xué)技術(shù)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

新疆食用菌富含大量營養(yǎng)物質(zhì)，食用價值極高，備受人們喜愛。但新疆食用菌生長發(fā)育期間生物轉(zhuǎn)換效率低，導(dǎo)致其種植栽培受限。野生巴爾喀什蘑菇的營養(yǎng)價值很高，已有研究者使用基因組學(xué)技術(shù)分析其營養(yǎng)成分。羅影等[1]經(jīng)基因組學(xué)分析證實，野生巴爾喀什蘑菇含有諸多營養(yǎng)物質(zhì)，檢測出包括氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、還原糖和多糖等在內(nèi)的15種化學(xué)成分，營養(yǎng)成分豐富，有很高的營養(yǎng)價值。目前，野生巴爾喀什蘑菇已實現(xiàn)實驗室人工栽培，但菌絲生長周期長，且原基形成情況不統(tǒng)一，轉(zhuǎn)化率低，使其無法推廣栽培，不能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

2.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)是經(jīng)轉(zhuǎn)錄測序后，確定差異基因，在此基礎(chǔ)上分析不同品種、不同發(fā)育時期基因表達差異。羊肚菌是世界公認(rèn)的珍稀食用菌，新疆野生羊肚菌極其珍貴，是我國主要出口創(chuàng)匯野生食用菌。新疆北部有局部小氣候，為羊肚菌的生長提供了良好的自然環(huán)境。目前，一些研究者對羊肚菌全基因進行高通量測序獲得差異性基因，用于分析不同羊肚菌組成成分及分子遺傳特點，以了解其分子學(xué)規(guī)律，用以指導(dǎo)其種植栽培。武冬梅[2]應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)分析新疆羊肚菌分子學(xué)特點及遺傳多樣性，經(jīng)組織分離獲得3株野生羊肚菌菌株，并以rDNA ITS證實為黑脈羊肚菌；黑脈羊肚菌類群rDNA ITS序列主要構(gòu)成包括Mel-17/19/20/34、Mel-23/24/31/32、Mel-13/26和Mel-2，其與黃色羊肚菌序列（Mes-17、Mes-6、Mes-7）不同；基于4個基因片段ITS、RPB1、RPB2和EF1a進行分子系統(tǒng)學(xué)分析，證實黑脈羊肚菌類群由Mel-2、Mel-13、Mel-19、Mel-31和Mel-33構(gòu)成，黃色羊肚菌由Mes-6、Mes-17構(gòu)成；ISSR分子標(biāo)記技術(shù)證實，羊肚菌屬物種水平遺傳多樣性強，存在一定的遺傳分化。易思華等[3]對新疆天山山脈地區(qū)野生羊肚菌進行ITS分析鑒定，基于系統(tǒng)發(fā)育分析，黃色羊肚菌主要包括羊肚菌M8、M9、M10，羊肚菌M9為美味羊肚菌，未在以往新疆石河子地區(qū)報道過；黑色羊肚菌包括羊肚菌M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7，均屬于黑色羊肚菌，M5、M6、M7依次是黑脈羊肚菌、梯棱羊肚菌、高羊肚菌。

綜上所述，我國新疆區(qū)域羊肚菌資源、種類豐富，有很大的開發(fā)潛力。但目前學(xué)界對新疆地區(qū)羊肚菌的認(rèn)識尚處于起步階段，因此有必要進一步加深相關(guān)認(rèn)識，為后期開發(fā)新疆羊肚菌資源提供參考依據(jù)。此外，目前關(guān)于新疆其他食用菌資源及種類的研究資料較少，也有待進一步豐富。

2.3 代謝組學(xué)技術(shù)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，關(guān)于代謝組學(xué)技術(shù)在新疆食用菌中的研究趨于增多。買合木提·阿布里克木等[4]研究者基于超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿-飛行時間質(zhì)譜法（Ultra-performance Liquid Chromatography Coupled with Time-of-flight Mass Spectrometry，UPLCQ/TOF-MS）代謝組學(xué)技術(shù)分析新疆阿魏菇抗食管癌有效萜類組分，以UPLC-Q/TOF-MS分離純化阿魏菇醇提物乙酸乙酯萃取相，于正離子模式下分離獲得24種萜類化合物，于負離子模式下分離獲得28種萜類化合物，共涉及52種，均為首次在該食用菌中提取獲得，洗脫部位（Fr2-3∶1）中的總萜類成分62.88 mg/g，對其進行分析發(fā)現(xiàn)二萜類（以赤霉素為主）、三萜類（以靈芝酸類為主）為主要阿魏菇萜類成分，占比86.64%；進一步進行四甲基偶氮唑藍試驗分析，證實赤霉素A3、赤霉素A5抗癌作用相對較弱，絲石竹皂苷元、齊墩果酸抗癌作用強。該研究資料證實，新疆阿魏菇不僅有食用價值，而且具有抗食管癌作用，其中三萜類化合物為發(fā)揮抗癌作用的主要物質(zhì)，為開發(fā)新疆阿魏菇應(yīng)用價值、推動其大范圍人工種植提供了充足依據(jù)。

巴爾喀什黑傘是新疆巴里坤西海子地區(qū)特有食用菌，其生長過程中營養(yǎng)成分主要由菌絲體于外部獲取。黃春霖等[5]研究分析巴爾喀什黑傘3種胞外纖維素酶活力，經(jīng)研究證實不同碳源誘導(dǎo)下，纖維素酶活力水平差異明顯，表明纖維素酶屬于誘導(dǎo)酶。這對于了解巴爾喀什黑傘生長特性有積極作用，可為人工馴化巴爾喀什黑傘提供參考依據(jù)。

2.4 蛋白組學(xué)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

蛋白質(zhì)組學(xué)是功能基因組學(xué)構(gòu)成部分，而且是研究生命生理機制的重要方法。范三紅等[6]以超聲輔助Osborne分級提取法提取羊肚菌清蛋白，分離獲得清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白4種蛋白，含量依次為54.10%、9.24%、5.13%和1.34%；響應(yīng)面法優(yōu)化后，清蛋白得率為（15.11±0.14）%。該研究表明，蛋白組學(xué)分析技術(shù)對了解新疆食用菌蛋白質(zhì)序列特征、蛋白質(zhì)活性及豐度、蛋白質(zhì)修飾和蛋白質(zhì)間的相互關(guān)系具有積極作用，對新疆食用菌種植栽培具有一定指導(dǎo)價值。但目前蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在新疆食用菌研究中的應(yīng)用較少，學(xué)界對新疆食用菌蛋白質(zhì)序列特征的認(rèn)識有限。

2.5 不同組學(xué)分析技術(shù)聯(lián)合在新疆食用菌研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

各種組學(xué)分析技術(shù)不僅可以單獨應(yīng)用，也可以聯(lián)合應(yīng)用。有助于從不同角度深化對新疆食用菌的認(rèn)識水平。不同組學(xué)分析技術(shù)相結(jié)合是研究生命機體特點的新思路，目前已應(yīng)用于植物學(xué)分析、微生物學(xué)分析、醫(yī)學(xué)研究中，均獲得了良好應(yīng)用效果，具有一定發(fā)展應(yīng)用基礎(chǔ)。但聯(lián)合應(yīng)用不同組學(xué)分析技術(shù)在數(shù)據(jù)分析上較復(fù)雜，實際開展難度較大，因此該分析方法尚未大范圍推廣使用。目前已有研究者將組學(xué)聯(lián)合分析技術(shù)應(yīng)用于香菇分析中，以評價香菇菌株受到高溫脅迫后內(nèi)參基因篩選、轉(zhuǎn)錄及代謝情況，以探索高溫脅迫中主要的分子機理，該研究為不同組學(xué)分析技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于新疆食用菌的研究奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

目前，組學(xué)分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食用菌研究中，對指導(dǎo)菌農(nóng)科學(xué)種植栽培食用菌、優(yōu)化食用菌均具有積極作用。新疆食用菌為我國珍貴食用菌，其食用價值高，但其生長環(huán)境特殊，難以實現(xiàn)人工種植栽培，無法充分發(fā)揮其應(yīng)用價值。以組學(xué)分析技術(shù)研究新疆食用菌，有助于加深學(xué)界對于新疆食用菌的認(rèn)識、充分了解其生物特性，從而實現(xiàn)新疆食用菌的人工馴化，最終實現(xiàn)新疆食用菌的大范圍種植。目前已有一部分研究者以組學(xué)分析技術(shù)研究新疆食用菌，但目前相關(guān)研究還處于發(fā)展階段，仍存在很多不足，具體體現(xiàn)如下。①應(yīng)用的組學(xué)分析技術(shù)相對單一，以基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)兩種技術(shù)為主，代謝組學(xué)相關(guān)研究逐漸增多，蛋白組學(xué)相關(guān)研究較少，更缺乏關(guān)于不同組學(xué)分析技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用。②涉及的新疆食用菌種類有限，主要以天山羊肚菌、巴爾喀什蘑菇、阿魏菇等為主，關(guān)于其他食用菌的研究較為缺乏，甚至未見紅肉蘑菇、墨汁鬼傘的相關(guān)研究。因此，今后研究者應(yīng)繼續(xù)關(guān)注相關(guān)問題，不斷完善新疆食用菌的組學(xué)分析，充分了解不同新疆食用菌的生物學(xué)特性，為開發(fā)新疆食用菌價值、推動人工種植栽培提供參考依據(jù)。