黑木耳有重要的食藥用價值，是我國的傳統食用菌，具有抗腫瘤、抗氧化、防止血栓和降血糖等特性，有“菌中瑰寶”的美譽。東北地區是我國黑木耳的主產區，其生產的黑木耳暢銷國內外，黑木耳產業的發展對促進東北的經濟和社會發展起了重要的推動作用。過去幾十年，黑木耳的研究主要集中在利用ISSR（inter-simple sequence repeat，簡單重復序列間區標記技術）、RAPD（random amplified polymorphic DNA，隨機擴增多態性DNA標記技術）、SRAP（Sequence-related amplified polymorphism，相關序列擴增多態性）等方法來進行種質鑒定、系統發育或者遺傳多樣性研究，而缺乏對黑木耳分子水平的研究。全筋、半筋和無筋是蛟河市的三種主要栽培品系，它們表面的褶皺明顯不同，營養價值和口感也各有千秋，但對它們基因表達譜的差異以及抗癌、抗氧化等作用機制知之甚少。目前公共數據庫中尚無黑木耳的基因轉錄組數據，嚴重阻礙了黑木耳的分子研究以及潛在的深加工價值再開發。
中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所生物醫學檢驗技術研究室唐玉國、高山課題組聯合英國牛津大學(University of Oxford)研究員王琿對吉林省蛟河市黃松甸鎮國家級萬畝黑木耳標準化種植示范區三個主要的黑木耳栽培品系——全筋、半筋和無筋進行了轉錄組測序分析，獲得13937個unigene（Universal Gene，獨立非重復基因），其中的12813個unigene可以注釋到已知基因上。主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）顯示這三個栽培種有顯著不同的基因表達譜，全筋與另外兩個品種差異很大，說明無筋和半筋可能來自中國南部的一個共同祖先，全筋則起源于中國北方。進一步的差異基因分析、基因本體分析（Gene Ontology, GO）確認了主成分分析的結果。KEGG基因通路分析顯示黑木耳背面褶皺形成與淀粉和蔗糖代謝、MAPK信號通路、氨基酸生物合成、次生代謝產物的生物合成、抗生素生物合成相關。這意味著黑木耳的不同品系在疾病抗性和藥物成分生成、積累和代謝等方面應該存在顯著差異，對挖掘開發木耳的醫療有效成分有指導意義。
染料脫色過氧化物酶（Dyp）是過氧化物酶家族的成員，該家族被認為是木質素生物修復的基礎資源。通過對黑木耳過氧化物酶基因的表達譜分析，發現全筋中的過氧化物酶基因表現出特殊的表達模式，意味著全筋品系在工業用酶開發方面有其獨特的價值。而無筋品系內的差異比品系間差異還要大，說明無筋品系內尚存在較大的個體多樣性，為培育開發新品系，提供了有效依據和方向。
此外，研究者還發現1124個基因庫中未曾記錄的新unigene，這些基因可能在黑木耳的獨特功能中發揮重要作用：比如產生有藥用價值的生物活性分子來抗氧化抗衰老。另外一個激動人心的領域是黑木耳的抗腫瘤作用，已有研究表明黑木耳的多糖可以抑制腫瘤細胞的增殖，新基因的發現為進一步研究黑木耳獨特的抗腫瘤活性物質的生物合成機制，提供了更加明確的研究目標。
該研究工作不僅為進一步研究黑木耳的生化和制藥性提供了必不可少的數據資源和信息指南，而且客觀評價了吉林省的黑木耳菌株種質資源的遺傳多樣性，有利于保護和利用我國黑木耳的種質資源，開展黑木耳的良種選育，提高東北黑木耳產業質量，推動當地的經濟發展。相關成果發表于《科學報告》（Scientific Reports）。
該研究工作獲得中科院百人計劃、中科院前沿科學重點研究項目、國家重點研發計劃和國家自然基金的資助。
圖1 三個黑木耳栽培種代表三個品系：無筋的正面和背面(a和b)，半筋的正面和背面(c和d)，全筋的正面和背面(e和f)
圖2 栽培種之間的基因表達關系：a、根據樣本中的基因表達量做的層次聚類圖，X軸代表樣本，Y軸代表樣本間的歐氏距離。b、主成分分析結果，前兩個主成分PC1和PC2解釋了品種之間88.1%的差異。從上圖可以看出，在品種間，全筋與無筋、半筋差異很大；品種內，無筋的個體差異顯著。
圖3 與木耳褶皺相關的KEGG通路：與褶皺形成相關的上調或下調基因散點圖，X軸代表富集因子(富集因子=通路中的基因數/通路中所有的注釋基因數)，點的大小代表基因數量，點的顏色代表了矯正P值大小。
圖4 過氧化物酶相關基因表達譜：黑木耳43個過氧化物酶基因在三個品種中的表達聚類圖，右側標出了基因ID及其blast注釋結果。這個結果與主成分分析結果一致，全筋與半筋、無筋差異顯著。
