Introduction
香菇(Lentinus edodes)因营养价值高、鲜香味美而深受消费者喜爱。孢子释放是其衰老的标志之一。香菇的风味不仅使消费者的感官愉悦，和孢子释放也有关系。在分子水平上探究孢子释放过程中能量状态和鲜味水平之间关系鲜有报道。
沈阳农业大学食品学院辛广教授、夏榕嵘、赵雪梅等 研究常温下不同贮藏时期香菇的能量水平与鲜味物质变化并进行相关性分析，基于转录组测序鉴定孢子释放过程中与能量和鲜味代谢相关的差异表达基因。旨在揭示香菇采后孢子释放过程中能量状态与鲜味物质之间的分子机制联系，为香菇采后孢子释放过程中鲜味状态与能量物质代谢机制的关系提供了有价值的见解。
Results and Discussion
贮藏质量变化
香菇在25 °C条件下贮藏12 h时，其菌盖轻微打开(图1A)，24 h时首次拍摄到轻微的孢子印。在36～60 h期间，观察到大量孢子释放。呼吸速率在24 h达到峰值(P<0.05)，此时正值孢子的首次释放期(图1B)。从营养基质中去除后，蘑菇的呼吸作用增加，呼吸作用必须依赖于体内营养物质的消耗来满足能量供应。随着蘑菇孢子的释放和盖子的打开，失重持续增加(图1C)。因此，蘑菇的孢子释放是在24 h触发的，与蘑菇衰老开始时的呼吸峰值相对应。本文还测定了香菇贮藏过程中能量水平与鲜味物质变化。
图1 贮藏过程中外观（A）、呼吸速率（B）和失重（C）的变化
相关性分析
相关性分析表明ATP和AMP含量与GMP和Glu含量显著相关(P<0.05)。氨基酸有助于线粒体代谢和ATP的产生，其中碳骨架通常转化为TCA循环的前体或中间体。并分析了鲜味化合物含量与能量代谢相关酶活性的相关性。Glu含量与G-6-PDH和SDH活性呈负相关(P<0.05)，而Asp含量与SDH和CCO活性呈正相关(P<0.01)。SDH可能是影响采收蘑菇鲜味的重要酶。EC与EUC呈显著正相关(P<0.001)。因此，鲜味化合物水平与蘑菇孢子释放过程中的能量状态密切相关。
图2 贮藏过程中香菇能量状态与鲜味化合物含量的皮尔逊相关系数（R）矩阵
转录组学分析
LeGALM、LeGADPH、LePGK和LePK基因在24 h显著下调，导致丙酮酸含量下降(图3A)。丙酮酸是TCA途径的重要原料。能量的产生主要与线粒体反应有关，如TCA和mETC途径。TCA通路中LeSDH、LeIDH和LeACLY基因在24 h时下调。mETC途径中的LenuoA、LefbcH1、LefbcH2和LeCCO在24 h时表达显著下调。15个能量代谢基因显著下调，表明大量的能量消耗触发了孢子释放。LeACLY、LenuoA、LeALDH1和LeALDH2基因在60 h显著下调，ATP含量降低。因此，ATP合成相关基因的下调可能是蘑菇衰老的原因。
如图3B所示，LeAK和LecpdP1是ATP转化为AMP的关键基因，在24 h显著上调。LecpdP2、LenrdJ1、LenuD和LeADK在24 h显著下调，抑制ATP、AMP、IMP和XMP的分解。
从图3C可以看出，TCA循环是氨基酸代谢通路中Glu和Asp合成分解的中间通路。24 h时LeGLT和LegudB的表达量显著增加，导致酮戊二酸大量转化为谷氨酸。LEGAD上调导致60 h谷氨酸分解增加，24 h和60 h显著下调的LEASNS基因与Asp含量呈负相关，导致Asp产量增加。嘌呤和氨基酸代谢通路的基因显著表达，表明能量状态在分子水平上与鲜味有关。上述数据表明，贮藏过程中蘑菇鲜味化合物的代谢受能量状态的调控。
图3 采后贮藏期间蘑菇能量（A）、嘌呤（B）和氨基酸（C）代谢途径的影响
Conclusion
25 °C下贮藏的香菇在采后第24小时观察到轻微的孢子印图，同时出现呼吸高峰，ATP显著减少，能量相关酶活性的显著增加，这表明孢子释放消耗大量的能量，且是蘑菇采后衰老的开始。同时，随着孢子释放的蘑菇鲜味核苷酸和氨基酸含量相对较高，相关分析表明EUC与能量状态显著相关(R=0.80)。15个能量代谢基因在孢子释放过程中显著下调。LecpdP1和LeAK是连接能量状态和鲜味的关键基因，在嘌呤代谢通路中负责ATP转化为AMP。这些新发现揭示了孢子释放过程中能量状态变化的分子机制以及能量状态与鲜味的关系。在未来对影响孢子释放的其他因素的深入研究会提供线索。
第一作者
夏榕嵘，女，沈阳农业大学博士研究生，研究方向为食用菌贮藏与加工。
赵雪梅，女，沈阳农业大学硕士研究生，研究方向为食用菌贮藏与加工。
通信作者
辛广，男，沈阳农业大学食品学院教授，博士生导师，加拿大蒙特利尔大学访问学者，农业部东北野生猕猴桃异位资源保存圃负责人，食品学院果蔬加工方向学术带头人，辽宁省“五一”劳动奖章获得者。中国食品科学技术学会休闲食品加工分会理事、中国菌物学会食用菌贮藏与加工产业分会理事，辽宁省食品科学技术学会副秘书长、辽宁省科技奖励评审专家、辽宁省宏观经济研究智库专家、辽宁省科技特派团专家。承担国家公益性行业科研专项、“十三五”重点专项、国家农业成果转化基金项目等多项课题，制定国家标准1项、行业标准1项、地方标准5项，先后获中国食品科学技术学会科技创新奖-技术进步一等奖、辽宁省科技进步三等奖，辽宁省教学成果二等奖，在Trends in food science and technology、Food Chemistry、中国农业科学、食品科学等杂志上发表论文100余篇，申报专利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.
