基于转录组学的黑木耳GDP-甘露糖合成途径及其耐盐机制研究

《Scientia Horticulturae》：Transcriptomics-based study on the GDP-mannose synthesis pathway and salt tolerance mechanism in Auricularia heimuer

本研究针对黑木耳栽培中盐胁迫制约产量的问题，通过整合生理学和转录组学分析，系统揭示了耐盐菌株H2通过增强渗透调节（积累可溶性蛋白、总糖和海藻糖）、激活抗氧化防御系统（提高SOD、CAT活性）以及上调GDP-甘露糖合成通路关键基因（g2692/g2546）表达，显著提升其耐盐性的分子机制。该研究为食用菌耐盐碱育种及利用盐生植物基质栽培提供了理论依据。

　　

随着黑木耳产业规模的快速扩张，传统木屑基质资源日益紧缺，开发利用盐碱地植物资源作为替代栽培基质成为重要方向。然而，盐生植物残留的盐分会直接影响黑木耳菌丝生长和子实体发育，选育耐盐碱的黑木耳菌株迫在眉睫。盐胁迫通过离子毒害、渗透胁迫、氧化损伤等多重机制破坏细胞生理功能，而食用菌尤其是黑木耳的耐盐分子机制尚不明确。先前研究多集中于生理响应层面，对于糖代谢关键通路在应激反应中的系统性研究仍较缺乏。

为系统解析黑木耳耐盐机制，研究人员以实验室前期选育的耐盐菌株H2和盐敏感菌株H26为材料，在菌丝体和子实体阶段设置不同浓度NaHCO₃胁迫处理，综合运用生理指标测定、转录组测序和实时荧光定量PCR等技术展开研究。通过测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量以及可溶性蛋白、总糖等生理参数，评估菌株的抗氧化能力和渗透调节能力；对高盐胁迫下的H2子实体进行转录组测序，筛选差异表达基因并进行功能富集分析；进一步通过qPCR验证关键基因表达模式，并测定细胞内甘露糖含量变化，从而在生理和分子水平上揭示黑木耳的耐盐机制。

3.1. 不同碳酸氢钠浓度下H2和H26菌株菌丝体的生理响应

随着盐浓度升高，耐盐菌株H2的菌丝生长速率和形态明显优于盐敏感菌株H26，且色素分泌较少。在相同胁迫下，H2菌丝体的可溶性蛋白、总糖和海藻糖含量均显著高于H26，表现出更强的渗透调节物质积累能力。H2的MDA含量增幅显著低于H26，表明其膜脂过氧化程度较轻。SOD和CAT活性在0.12%盐浓度时同步达到峰值，且H2的酶活性显著高于H26，说明其具有更强的活性氧清除能力，能有效维持细胞氧化还原稳态。

3.2. 不同碳酸氢钠浓度下H2菌株子实体的生理响应

盐胁迫导致H2子实体形态变小、开片度降低。可溶性蛋白、总糖含量及SOD、CAT活性均呈先升后降趋势，在0.40%盐浓度时抗氧化酶活性最高，0.60%时则显著下降，表明适度盐胁迫激活抗氧化系统，而过量胁迫则抑制防御能力。MDA含量随盐浓度升高而增加，反映膜脂过氧化加剧。子实体阶段可溶性蛋白基础含量低于菌丝体，而总糖基础含量更高，可能与不同发育阶段的代谢需求差异有关。

3.3. 盐胁迫下耐盐菌株子实体转录组测序分析

转录组分析发现，高盐胁迫下H2子实体共有1342个差异表达基因，其中579个上调、763个下调。KEGG富集分析显示，这些基因显著富集于碳水化合物代谢、核苷酸糖代谢和内质网蛋白质加工等通路。进一步分析发现，GDP-甘露糖合成途径中的两个关键酶基因——甘露糖-6-磷酸异构酶(PMI)编码基因g2692和GDP-甘露糖焦磷酸化酶(GMPP)编码基因g2546——表达显著上调。qPCR验证表明，在0.20%盐胁迫下，H2菌丝体中g2692和g2546的表达量分别比H26高3.11倍和2.16倍。同时，盐胁迫下H2菌丝体和子实体的甘露糖含量显著增加，且H2的积累量高于H26，表明GDP-甘露糖合成通路激活与细胞内甘露糖水平升高密切相关。

该研究首次从生理和分子层面系统阐明了黑木耳的耐盐机制。耐盐菌株H2通过协同增强渗透调节能力（积累可溶性蛋白、总糖和海藻糖）、抗氧化防御系统（提高SOD、CAT活性）以及激活GDP-甘露糖合成通路（上调g2692、g2546表达，促进甘露糖积累），有效缓解盐胁迫造成的渗透失衡和氧化损伤。GDP-甘露糖不仅作为糖基供体参与细胞壁合成和蛋白糖基化，增强结构稳定性，其衍生物甘露糖还能作为相容性溶质调节渗透平衡，形成多层次的耐盐适应策略。研究成果发表于《Scientia Horticulturae》，为黑木耳耐盐碱育种提供了关键靶点和理论依据，对推进盐生植物基质在食用菌栽培中的应用具有重要实践价值。