Introduction
香菇(Lentinus edodes)因營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、鮮香味美而深受消費(fèi)者喜愛。孢子釋放是其衰老的標(biāo)志之一。香菇的風(fēng)味不僅使消費(fèi)者的感官愉悅，和孢子釋放也有關(guān)系。在分子水平上探究孢子釋放過程中能量狀態(tài)和鮮味水平之間關(guān)系鮮有報(bào)道。
沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院辛廣教授、夏榕嶸、趙雪梅等 研究常溫下不同貯藏時(shí)期香菇的能量水平與鮮味物質(zhì)變化并進(jìn)行相關(guān)性分析，基于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序鑒定孢子釋放過程中與能量和鮮味代謝相關(guān)的差異表達(dá)基因。旨在揭示香菇采后孢子釋放過程中能量狀態(tài)與鮮味物質(zhì)之間的分子機(jī)制聯(lián)系，為香菇采后孢子釋放過程中鮮味狀態(tài)與能量物質(zhì)代謝機(jī)制的關(guān)系提供了有價(jià)值的見解。
Results and Discussion
貯藏質(zhì)量變化
香菇在25 °C條件下貯藏12 h時(shí)，其菌蓋輕微打開(圖1A)，24 h時(shí)首次拍攝到輕微的孢子印。在36～60 h期間，觀察到大量孢子釋放。呼吸速率在24 h達(dá)到峰值(P<0.05)，此時(shí)正值孢子的首次釋放期(圖1B)。從營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)中去除后，蘑菇的呼吸作用增加，呼吸作用必須依賴于體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗來(lái)滿足能量供應(yīng)。隨著蘑菇孢子的釋放和蓋子的打開，失重持續(xù)增加(圖1C)。因此，蘑菇的孢子釋放是在24 h觸發(fā)的，與蘑菇衰老開始時(shí)的呼吸峰值相對(duì)應(yīng)。本文還測(cè)定了香菇貯藏過程中能量水平與鮮味物質(zhì)變化。
圖1 貯藏過程中外觀（A）、呼吸速率（B）和失重（C）的變化
相關(guān)性分析
相關(guān)性分析表明ATP和AMP含量與GMP和Glu含量顯著相關(guān)(P<0.05)。氨基酸有助于線粒體代謝和ATP的產(chǎn)生，其中碳骨架通常轉(zhuǎn)化為TCA循環(huán)的前體或中間體。并分析了鮮味化合物含量與能量代謝相關(guān)酶活性的相關(guān)性。Glu含量與G-6-PDH和SDH活性呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而Asp含量與SDH和CCO活性呈正相關(guān)(P<0.01)。SDH可能是影響采收蘑菇鮮味的重要酶。EC與EUC呈顯著正相關(guān)(P<0.001)。因此，鮮味化合物水平與蘑菇孢子釋放過程中的能量狀態(tài)密切相關(guān)。
圖2 貯藏過程中香菇能量狀態(tài)與鮮味化合物含量的皮爾遜相關(guān)系數(shù)（R）矩陣
轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析
LeGALM、LeGADPH、LePGK和LePK基因在24 h顯著下調(diào)，導(dǎo)致丙酮酸含量下降(圖3A)。丙酮酸是TCA途徑的重要原料。能量的產(chǎn)生主要與線粒體反應(yīng)有關(guān)，如TCA和mETC途徑。TCA通路中LeSDH、LeIDH和LeACLY基因在24 h時(shí)下調(diào)。mETC途徑中的LenuoA、LefbcH1、LefbcH2和LeCCO在24 h時(shí)表達(dá)顯著下調(diào)。15個(gè)能量代謝基因顯著下調(diào)，表明大量的能量消耗觸發(fā)了孢子釋放。LeACLY、LenuoA、LeALDH1和LeALDH2基因在60 h顯著下調(diào)，ATP含量降低。因此，ATP合成相關(guān)基因的下調(diào)可能是蘑菇衰老的原因。
如圖3B所示，LeAK和LecpdP1是ATP轉(zhuǎn)化為AMP的關(guān)鍵基因，在24 h顯著上調(diào)。LecpdP2、LenrdJ1、LenuD和LeADK在24 h顯著下調(diào)，抑制ATP、AMP、IMP和XMP的分解。
從圖3C可以看出，TCA循環(huán)是氨基酸代謝通路中Glu和Asp合成分解的中間通路。24 h時(shí)LeGLT和LegudB的表達(dá)量顯著增加，導(dǎo)致酮戊二酸大量轉(zhuǎn)化為谷氨酸。LEGAD上調(diào)導(dǎo)致60 h谷氨酸分解增加，24 h和60 h顯著下調(diào)的LEASNS基因與Asp含量呈負(fù)相關(guān)，導(dǎo)致Asp產(chǎn)量增加。嘌呤和氨基酸代謝通路的基因顯著表達(dá)，表明能量狀態(tài)在分子水平上與鮮味有關(guān)。上述數(shù)據(jù)表明，貯藏過程中蘑菇鮮味化合物的代謝受能量狀態(tài)的調(diào)控。
圖3 采后貯藏期間蘑菇能量（A）、嘌呤（B）和氨基酸（C）代謝途徑的影響
Conclusion
25 °C下貯藏的香菇在采后第24小時(shí)觀察到輕微的孢子印圖，同時(shí)出現(xiàn)呼吸高峰，ATP顯著減少，能量相關(guān)酶活性的顯著增加，這表明孢子釋放消耗大量的能量，且是蘑菇采后衰老的開始。同時(shí)，隨著孢子釋放的蘑菇鮮味核苷酸和氨基酸含量相對(duì)較高，相關(guān)分析表明EUC與能量狀態(tài)顯著相關(guān)(R=0.80)。15個(gè)能量代謝基因在孢子釋放過程中顯著下調(diào)。LecpdP1和LeAK是連接能量狀態(tài)和鮮味的關(guān)鍵基因，在嘌呤代謝通路中負(fù)責(zé)ATP轉(zhuǎn)化為AMP。這些新發(fā)現(xiàn)揭示了孢子釋放過程中能量狀態(tài)變化的分子機(jī)制以及能量狀態(tài)與鮮味的關(guān)系。在未來(lái)對(duì)影響孢子釋放的其他因素的深入研究會(huì)提供線索。
第一作者
夏榕嶸，女，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生，研究方向?yàn)?a href="http://www.californiadrainexperts.com" target="_blank">食用菌貯藏與加工。
趙雪梅，女，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)槭秤镁A藏與加工。
通信作者
辛廣，男，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，加拿大蒙特利爾大學(xué)訪問學(xué)者，農(nóng)業(yè)部東北野生獼猴桃異位資源保存圃負(fù)責(zé)人，食品學(xué)院果蔬加工方向?qū)W術(shù)帶頭人，遼寧省“五一”勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)芦@得者。中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)休閑食品加工分會(huì)理事、中國(guó)菌物學(xué)會(huì)食用菌貯藏與加工產(chǎn)業(yè)分會(huì)理事，遼寧省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)副秘書長(zhǎng)、遼寧省科技獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專家、遼寧省宏觀經(jīng)濟(jì)研究智庫(kù)專家、遼寧省科技特派團(tuán)專家。承擔(dān)國(guó)家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)、“十三五”重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家農(nóng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化基金項(xiàng)目等多項(xiàng)課題，制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、地方標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，先后獲中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)科技創(chuàng)新獎(jiǎng)-技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、遼寧省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，遼寧省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，在Trends in food science and technology、Food Chemistry、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)、食品科學(xué)等雜志上發(fā)表論文100余篇，申報(bào)專利10件。
Energy status regulated umami compound metabolism in harvested shiitake mushrooms (Lentinus edodes) with spores triggered to release
Rongrong Xiaa,1. Xuemei Zhaoa,b,1. Guang Xina,1.*, Libin Suna, Heran Xua, Zhenshan Houa, Yunting Lia, Yafei Wanga
a College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866. China
b Sichuan national inspection and Testing Co., Ltd., Luzhou 646000. China
1Authors equally contributed to this work.
*Corresponding author.
Abstract
The molecular mechanisms of energy status related to the umami taste of postharvest shiitake mushrooms during spore release remain poorly understood. In this study, the variations of energy status and umami taste of mushrooms were measured at 25 °C. At 24 h storage, slight spore prints of mushrooms were first pictured, respiration peaked. Significant ATP decrease and ADP increase were also observed as the initiation of postharvest senescence (P < 0.05). Meanwhile, the activities of phosphohexose isomerase, succinate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase and cytochrome c oxidase and the contents of umami nucleotides and amino acids were maintained at higher levels in mushrooms with spore release. Notably, the equivalent umami concentration (EUC) was strongly correlated with energy levels (R = 0.80). Fifteen related gene expression levels in the energy metabolism pathway were downregulated. LecpdP1 and LeAK were significantly expressed in the conversion of ATP into AMP and played key roles in connecting the energy state and umami level. These results provided valuable insights on the umami taste associated with energy metabolism mechanism during postharvest mushroom spore release.
Reference:
XIA R R, ZHAO X M, XIN G, et al. Energy status regulated umami compound metabolism in harvested shiitake mushrooms (Lentinus edodes) with spores triggered to release[J]. Food Science and Human Wellness, 2023. 12(1): 303-311. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.020.
