近年来，羊肚菌种植规模发展迅速，产业发展备受关注。同时，作为低温型菌种品类，羊肚菌对高温敏感，尤其是六妹羊肚菌（Morchella sextelata），种植过程中遭遇高温往往造成减产甚至绝收。“菌胜D1-8”（以下简称“D1-8”）是菌胜生物近几年选育的温度高抗型六妹羊肚菌菌株，目前已在全国20余个省份种植，因其抗高温能力强、产量高等特点获得了广大种植基地的高度认可。同样作为六妹羊肚菌，为何D1-8的抗高温能力如此突出？它在高温胁迫下的分子机制又是怎样的？
2025年1月18日，菌胜生物联合西北工业大学、中国科学院昆明植物研究所在关于六妹羊肚菌高温适应性机制的研究中取得重要进展。相关研究结果以“Integrated Transcriptomic and Proteomic Analyses Reveal Molecular Mechanism of Response to Heat Shock in Morchella sextelata”为题在国际知名学术期刊Journal of Fungi (2023 IF = 4.2)上在线发表。
深入理解羊肚菌在高温胁迫下的响应机制，本研究选取了耐热性能具有差异的两个代表性菌株，分别为：菌株C（常规菌株）和菌株D（D1-8），通过实验室菌丝高温筛选与田间栽培验证，结合转录组和蛋白质组分析，全面探究羊肚菌菌丝在高温胁迫下的响应机制。
实验显示，在适宜温度（18°C）下，两种菌株的菌丝生长无显著差异，菌丝均为淡白色，呈放射状从接种块向外生长，边缘整齐，生长速率约为 0.40 - 0.50 mm/h。但在高温（28°C）条件下，二者的生长速率均显著下降，最快生长速率仅为 0.30 ± 0.02 mm/h，菌株 C 能持续生长 6 代，而菌株 D 则能持续生长8代，表现出更强的耐热性能。田间栽培试验进一步证实了菌株 D 在高温环境下的产量显著高于菌株 C（图1）。研究人员随后对菌株C和菌株D在高温胁迫下开展了转录组和蛋白组层面的分析，并重点关注2个层面的问题。
首先，从共性特征上讲，羊肚菌菌丝在遭遇高温胁迫时基因的转录（转录组）和蛋白质的合成（蛋白组）会发生哪些变化？结果显示：高温胁迫激活了细胞壁完整性（CWI）- 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应，促进了热休克蛋白（HSP）的表达。同时，高温胁迫会抑制蛋白质的合成，诱导活性氧的产生，触发氧化应激反应，同样刺激HSP的表达。HSP与CWI通路相互作用，起到维持细胞壁稳定性的作用。
其次，为何菌株D（D1-8）比菌株C具有更强的耐高温能力？研究发现，相比菌株C，高温下菌株 D（D1-8）的氧化还原与能量代谢通路显著富集，且特异性地上调了泛素-蛋白酶体系统相关基因，特别是Rsp5基因在菌株D中显著的高表达，对菌株D（D1-8）中热休克蛋白（HSP）的表达起到促进作用，HSP与CWI通路相互作用，更好的维持细胞壁的稳定性。
一句话总结：高温胁迫下羊肚菌菌丝通过一系列基因表达和蛋白质合成通路的反应，刺激热休克蛋白（HSP）的合成，进而起到维持细胞壁稳定性的作用。但这个能力在不同菌株间是有差异的，菌株D（D1-8）则具有更强的氧化还原和能量代谢能力，一些关键基因如Rsp5等的高表达会促进菌株D（D1-8）产生更多的热休克蛋白（HSP），以此能够更好的维持细胞壁的稳定性，这也是菌株D1-8具有更强抗高温能力的深层次原因。
西北工业大学博士生张杰雄和菌胜生物育种负责人李艳霞为本论文的共同第一作者，西北工业大学张晨博士为本论文通讯作者。未来，研究团队将进一步挖掘和利用抗高温相关靶标基因和蛋白质，以期选育出具有更强耐高温能力的羊肚菌新品种，推动羊肚菌产业高质量发展。
图1 高温条件下菌丝提前老化且产量下降
图2 高温下菌株 D（D1-8）具有更强的氧化还原与能量代谢能力
作者：张杰雄 博士
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