不同生长阶段肺侧耳（Pleurotus pulmonarius）中鲜味和香气化合物的动态变化及其转录组分析

《Food Chemistry》：Dynamic changes in umami and aroma compounds and transcriptome analysis of Pleurotus pulmonarius at different growth stages

本研究通过HPLC和HS-SPME-GC–MS分析，揭示平菇果实发育过程中鲜味核苷酸和风味氨基酸的积累规律，发现鲜味核苷酸在成熟阶段显著下降，而挥发性化合物如1-octen-3-ol和3-octanone在不同阶段主导。转录组分析表明相关基因表达与代谢通路变化关联，为确定最佳采收时间提供理论依据。

　　

黄秦|程希红|陈晓红|黄晓辉|龚文兵|夏志兰|谢玲

湖南农业大学园艺学院，中国长沙

摘要

平菇（Pleurotus pulmonarius）以其独特的鲜味和香气而闻名。然而，在子实体发育过程中这些化合物的积累模式和调控机制仍知之甚少。高效液相色谱（HPLC）结果显示，鲜味5′-核苷酸的含量随着成熟度的增加而呈现下降趋势。五种风味氨基酸和四种甜味氨基酸在未成熟阶段的含量分别达到峰值1.53和0.69克/100克，显著高于其他阶段（P<0.05）。HS-SPME-GC–MS分析显示，1-辛烯-3-醇在原始阶段具有最高的相对气味活性值，而在后期阶段则以3-辛酮为主。在过度成熟阶段，差异表达基因（DEGs）主要富集在有机氮化合物的代谢过程中，而在其他阶段则主要与小分子代谢过程相关。某些鲜味氨基酸的水平与aspB和OTC的表达相关。本研究解释了平菇子实体生长过程中鲜味和香气化合物的积累及其调控机制，为优化采收时间提供了新的见解。

引言

近年来，关于食用蘑菇中鲜味和香气化合物的研究日益成为重要课题。鲜味是食用蘑菇最显著的特征之一，常被描述为类似浓郁肉汤的诱人风味，已被定义为第五种基本味道（Kong等人，2018年）。以鲜味著称的食用蘑菇包括Morchella sextelata（Gao等人，2021年）、Pleurotus属（Zhang等人，2018年）、Antler fungus（Yang等人，2022年）和Agaricus bisporus（Xue等人，2024年）。鲜味化合物主要包括5′-核苷酸（如5′-腺苷、5′-鸟苷和5′-肌苷）和鲜味氨基酸（AAs），其中谷氨酸（Glu）具有最强的鲜味。天冬氨酸（Asp）、谷氨酸和5′-核苷酸之间存在协同作用，可增强鲜味强度，为食品带来独特的口感（Schmidt等人，2020年）。不同种类的食用蘑菇具有不同的鲜味化合物谱型，这些谱型还受到生长条件（Cho等人，2009年）、生长阶段（Sun等人，2020年）、干燥（Hou等人，2022年）和储存方法（Feng等人，2021年）的影响。研究人员在不同生长阶段采集了A. bisporus样本，发现5′-核苷酸的含量在前两个阶段较高，而氨基酸的总含量在第二阶段达到峰值，随后随着生长阶段的延长而下降（Tsai等人，2007年）。

食用蘑菇的香气也值得关注，主要由挥发性物质产生。一些蘑菇如shiitake属（Tian等人，2015年）、Agaricus smithii（Zhuang等人，2020年）和Agaricus blazei（Xing等人，2004年）具有显著的香气，其化学成分包括醇、醛、酯、酮和烃（Zhou等人，2023年）。Boletus属中的香气化合物主要是3-(甲基硫)丙醛和2,6-二甲基吡嗪，而A. blazei中的主要香气化合物是苯甲醛和苯甲醇。一项研究表明，五种食用蘑菇（包括A. bisporus和Pleurotus ostreatus）的主要香气化合物是己醛、苯甲醛和十二烷酸（Fogarasi等人，2018年）。这些物质不仅赋予食用蘑菇独特的香气，还显著影响消费者的感官体验。通过气相色谱-质谱（GC–MS）分析，1-辛烯-3-酮和1-辛烯-3-醇被确定为Pleurotus eryngii（Guan等人，2024年）和shiitake（Wang等人，2021年）的关键芳香成分。1-辛烯-3-醇被认为是一些蘑菇的特征香气，被称为“蘑菇风味”（Malheiro等人，2013年）。芳香化合物的类型和含量也受到生长条件（Cho等人，2006年）、培养基（Tagkouli等人，2021年）、储存（Guo等人，2018年）和干燥技术（Hou等人，2021年）等因素的影响。

转录组学可以揭示食用蘑菇在不同生长条件或不同生长阶段的基因表达变化模式，从而提供有关鲜味和香气化合物积累及代谢调控机制的见解。最近使用RNA-Seq测序技术的研究揭示了Tricholoma matsutake在三个生长阶段（原始期、中期和成熟期）的分子机制，确定了参与生长调控和能量代谢的关键基因（Tang等人，2020年）。对Lentinula edodes的菌丝体和子实体之间的基因表达进行比较分析，表明天冬氨酸蛋白酶在子实体成熟和鲜味发展中的作用（Song等人，2018年）。进一步研究L. edodes中与挥发性化合物合成相关的30个基因，将其生产与组氨酸代谢、谷胱甘肽代谢和不饱和脂肪酸生物合成等代谢途径联系起来（Li等人，2021年）。真菌中挥发性化合物的合成受多种酶的调控（Dickschat，2017年）。Hou等人的研究表明，脂氧合酶相关基因与1-辛烯-3-醇的生物合成显著相关，并为L. edodes在冷藏过程中的香气变化提供了新的见解（Hou等人，2024年）。将转录组学与HPLC和GC–MS等化学分析技术结合使用，可以为同时研究食用蘑菇中鲜味和香气化合物的浓度及其相关的转录调控机制提供坚实的框架。

平菇（P. pulmonarius）属于Pleurotaceae科，富含蛋白质、氨基酸、多糖、矿物质和其他营养物质（Yin等人，2024年）。平菇因其独特的风味和丰富的鲜味而受到消费者的青睐，是全球栽培最广泛、消费量最大的食用蘑菇之一。2020年，中国的平菇产量占全球蘑菇产量的16%以上（Mahari等人，2020年）。2022年，其产量达到63万吨，比2021年增长了6.7%。目前关于平菇中鲜味和香气化合物的研究主要集中在化学特性和加工应用上，而这些化合物在发育阶段的积累动态和生物合成调控机制仍不清楚。根据对一些食用蘑菇中鲜味和香气化合物的分析，平菇获得了最高评分（Phat等人，2015年）。Zhang等人证明，平菇在5°C储存时保持较高的鲜味化合物含量（Zhang等人，2018年）。从六种Pleurotus属物种中鉴定出三种风味相关化合物（1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇和2-辛烯醛）（Yin等人，2018年）。在食品加工方面，据报道罐装P. ostreatus中的醇和酮含量低于罐装B. edulis，而脂肪和芳香醛的含量较高（Misharina等人，2009年）。本研究将利用不同生长阶段的平菇子实体作为材料，通过HPLC、氨基酸分析和顶空固相微萃取气相色谱-质谱（HS-SPME-GC–MS）来研究鲜味和香气化合物的变化和积累。此外，还将利用转录组分析初步研究相关基因的表达。这项研究不仅将增强对平菇在不同生长阶段鲜味和香气化合物积累和调控的理解，还为科学确定最佳采收时间提供关键见解。

部分摘录

平菇子实体的培养

平菇菌株来自湖南农业大学食用蘑菇研究所。将200克去皮切片的土豆放入1000毫升蒸馏水中煮至变软，然后过滤。过滤液加入20克葡萄糖、2克酵母提取物、0.5克硫酸镁和1克磷酸一钾作为液体培养基。将三个菌丝块接种到液体培养基中，在24°C和160转/分钟的条件下培养6天以产生

不同生长阶段平菇中5′-核苷酸的含量

通过HPLC测定了不同生长阶段平菇中四种5′-核苷酸（5′-GMP、5′-IMP、5′-XMP和5′-AMP）的含量，结果如图2所示。(1) 5′-GMP：5′-GMP的含量在不同生长阶段显著下降（P<0.01），最高水平出现在A阶段（0.40±0.01毫克/克），其次是B阶段（0.29±0.01毫克/克）、C阶段（0.26±0.01毫克/克），最低水平出现在D阶段（0.06±0.01毫克/克）。(2) 5′-XMP：A阶段含量最高

结论

本研究结合转录组学和化学分析方法（HPLC和HS-SPME-GC–MS）探讨了平菇中鲜味和香气成分的积累模式和调控机制，解释了平菇的风味，并为科学确定平菇子实体的采收时间提供了建议。5′-GMP、5′-IMP和5′-AMP的含量以及总含量在原始阶段最高，其次是未成熟阶段

作者贡献声明

黄秦：撰写 – 原始草稿、验证、方法学、数据整理。程希红：可视化、正式分析、概念化。陈晓红：软件、资源准备。黄晓辉：正式分析。龚文兵：软件、实验研究。夏志兰：实验研究。谢玲：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、方法学、实验研究、资金获取。

未引用参考文献

Feng等人，2021年

Feng等人，2021年

Li等人，2021年

Li等人，2021年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。