近年來，羊肚菌種植規模發展迅速，產業發展備受關注。同時，作為低溫型菌種品類，羊肚菌對高溫敏感，尤其是六妹羊肚菌（Morchella sextelata），種植過程中遭遇高溫往往造成減產甚至絕收?！熬鷦貲1-8”（以下簡稱“D1-8”）是菌勝生物近幾年選育的溫度高抗型六妹羊肚菌菌株，目前已在全國20余個省份種植，因其抗高溫能力強、產量高等特點獲得了廣大種植基地的高度認可。同樣作為六妹羊肚菌，為何D1-8的抗高溫能力如此突出？它在高溫脅迫下的分子機制又是怎樣的？
2025年1月18日，菌勝生物聯合西北工業大學、中國科學院昆明植物研究所在關于六妹羊肚菌高溫適應性機制的研究中取得重要進展。相關研究結果以“Integrated Transcriptomic and Proteomic Analyses Reveal Molecular Mechanism of Response to Heat Shock in Morchella sextelata”為題在國際知名學術期刊Journal of Fungi (2023 IF = 4.2)上在線發表。
深入理解羊肚菌在高溫脅迫下的響應機制，本研究選取了耐熱性能具有差異的兩個代表性菌株，分別為：菌株C（常規菌株）和菌株D（D1-8），通過實驗室菌絲高溫篩選與田間栽培驗證，結合轉錄組和蛋白質組分析，全面探究羊肚菌菌絲在高溫脅迫下的響應機制。
實驗顯示，在適宜溫度（18°C）下，兩種菌株的菌絲生長無顯著差異，菌絲均為淡白色，呈放射狀從接種塊向外生長，邊緣整齊，生長速率約為 0.40 - 0.50 mm/h。但在高溫（28°C）條件下，二者的生長速率均顯著下降，最快生長速率僅為 0.30 ± 0.02 mm/h，菌株 C 能持續生長 6 代，而菌株 D 則能持續生長8代，表現出更強的耐熱性能。田間栽培試驗進一步證實了菌株 D 在高溫環境下的產量顯著高于菌株 C（圖1）。研究人員隨后對菌株C和菌株D在高溫脅迫下開展了轉錄組和蛋白組層面的分析，并重點關注2個層面的問題。
首先，從共性特征上講，羊肚菌菌絲在遭遇高溫脅迫時基因的轉錄（轉錄組）和蛋白質的合成（蛋白組）會發生哪些變化？結果顯示：高溫脅迫激活了細胞壁完整性（CWI）- 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯反應，促進了熱休克蛋白（HSP）的表達。同時，高溫脅迫會抑制蛋白質的合成，誘導活性氧的產生，觸發氧化應激反應，同樣刺激HSP的表達。HSP與CWI通路相互作用，起到維持細胞壁穩定性的作用。
其次，為何菌株D（D1-8）比菌株C具有更強的耐高溫能力？研究發現，相比菌株C，高溫下菌株 D（D1-8）的氧化還原與能量代謝通路顯著富集，且特異性地上調了泛素-蛋白酶體系統相關基因，特別是Rsp5基因在菌株D中顯著的高表達，對菌株D（D1-8）中熱休克蛋白（HSP）的表達起到促進作用，HSP與CWI通路相互作用，更好的維持細胞壁的穩定性。
一句話總結：高溫脅迫下羊肚菌菌絲通過一系列基因表達和蛋白質合成通路的反應，刺激熱休克蛋白（HSP）的合成，進而起到維持細胞壁穩定性的作用。但這個能力在不同菌株間是有差異的，菌株D（D1-8）則具有更強的氧化還原和能量代謝能力，一些關鍵基因如Rsp5等的高表達會促進菌株D（D1-8）產生更多的熱休克蛋白（HSP），以此能夠更好的維持細胞壁的穩定性，這也是菌株D1-8具有更強抗高溫能力的深層次原因。
西北工業大學博士生張杰雄和菌勝生物育種負責人李艷霞為本論文的共同第一作者，西北工業大學張晨博士為本論文通訊作者。未來，研究團隊將進一步挖掘和利用抗高溫相關靶標基因和蛋白質，以期選育出具有更強耐高溫能力的羊肚菌新品種，推動羊肚菌產業高質量發展。
圖1 高溫條件下菌絲提前老化且產量下降
圖2 高溫下菌株 D（D1-8）具有更強的氧化還原與能量代謝能力
作者：張杰雄 博士
