多组学解析金耳子实体呈色调控机制及共生真菌互作关系

本研究针对金耳（Naematelia sinensis）子实体呈色分子机制不明的难题，通过整合转录组与非靶向代谢组分析，揭示了核黄素代谢、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成等关键通路在色素积累中的核心作用，首次阐明共生真菌S. hirsutum在呈色过程中的主导地位，为食用菌品质改良提供重要理论依据。

　　

食用菌因其独特的营养价值和风味特征备受青睐，其中金耳（Naematelia sinensis，曾用名Naematelia aurantialba）作为一种珍稀食药用菌，其金黄色的胶质子实体实际上是由金耳和粗毛革菌（Stereum hirsutum）两种真菌共生形成的复合体。虽然金耳富含多糖且具有抗氧化、抗炎等功效，但关于其子实体颜色形成的调控机制，以及两种共生真菌之间的互作关系，长期以来缺乏深入的研究。随着多组学技术的快速发展，基因组学、转录组学和代谢组学已被广泛应用于解析多种食用菌的分子遗传机制，但对金耳这类共生体系的研究仍处于起步阶段。

为了揭示金耳子实体颜色形成的奥秘，研究人员通过多组学整合分析的方法，对白色子实体（对照）、黄色变异体（处理1）和黄色子实体（处理2）三种材料进行了深入研究。该研究发表于《Fungal Biology》，首次系统阐述了金耳子实体颜色转化的功能通路及两种真菌间的调控互作机制。

研究主要采用转录组测序（RNA-Seq）和非靶向代谢组学（LC-MS）技术，样本来自云南军世杰生物技术有限公司提供的工厂化栽培子实体表层组织。通过主成分分析（PCA）评估数据可靠性，利用差异表达基因（DEGs）和差异代谢物（DEMs）筛选、功能富集分析（GO和KEGG）、加权基因共表达网络分析（WGCNA）等生物信息学方法，结合高效液相色谱（HPLC）定量和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）验证，系统解析了颜色形成的关键通路和功能基因。

转录组测序质量评估

通过对9个样本（3种类型×3生物学重复）进行转录组测序，共获得109.40 Gb高质量数据，Q20和Q30平均值分别为98.49%和95.38%，GC含量为57.56%。PCA分析显示对照与处理1组部分重叠，但与处理2组明显分离，表明数据可靠性高，为后续分析奠定基础。

差异表达基因筛选

在金耳中，对照vs处理2比较筛选出720个DEGs（357上调、363下调），处理1vs处理2比较发现946个DEGs（377上调、569下调）。在粗毛革菌中，对照vs处理2鉴定出1129个DEGs（626上调、503下调），处理1vs处理2发现1146个DEGs（556上调、590下调）。Venn图分析发现多个共有基因，提示这些基因在金耳子实体生长发育中具有潜在重要性。

差异表达基因功能富集分析

金耳的DEGs显著富集于辅因子生物合成、细胞周期、氨基酸生物合成等通路；粗毛革菌的DEGs主要富集于次级代谢产物生物合成、碳代谢、色氨酸代谢和酪氨酸代谢等通路。这些通路与色素合成密切相关，表明两种真菌通过协同调控这些代谢过程影响子实体颜色。

代谢物鉴定、差异代谢物筛选及通路富集

共鉴定到1037种代谢物，正离子模式下713种，负离子模式下324种，主要分为脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物等类别。OPLS-DA分析筛选出正离子模式下控制组vs处理2有122个DEMs，处理1vs处理2有127个DEMs；负离子模式下控制组vs处理1有24个DEMs，控制组vs处理2有110个DEMs。KEGG富集分析显示DEMs显著富集于辅因子生物合成、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成、色氨酸代谢等通路。

转录组与代谢组联合分析

整合分析发现DEMs和DEGs共同富集于辅因子生物合成、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成、色氨酸代谢等与色素合成密切相关的通路。重点分析了核黄素代谢通路，在金耳中发现一个上调基因NAU27003364（编码GTP环水解酶II），在粗毛革菌中发现三个基因：STEHIDRAFT_95968（编码环水解酶，上调）、STEHIDRAFT_153579和STEHIDRAFT_86958（编码磷酸甘油酸变位酶样蛋白，下调）。相关性分析显示核黄素与这些基因显著相关（相关系数0.84-0.99）。HPLC定量证实黄色子实体中核黄素含量显著高于白色子实体，qRT-PCR验证了粗毛革菌中三个基因的表达差异，但与组学数据不完全一致，强调了多技术验证的重要性。

通过加权基因共表达分析鉴定颜色相关模块

WGCNA将金耳转录组数据分成8个模块，其中绿色模块与核黄素正相关（R=0.82），棕色模块负相关（R=-0.88）；粗毛革菌转录组中蓝色模块与核黄素显著负相关（R=-0.92）。代谢组数据中，正离子模式的蓝色模块与核黄素显著正相关（R=0.97），负离子模式的蓝绿色模块正相关（R=0.97）、灰色模块负相关（R=-0.97）。这些模块中的基因和代谢物为后续研究提供了重点方向。

研究结论表明，金耳子实体的颜色形成主要受核黄素代谢、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成和色氨酸代谢等关键通路调控。核黄素作为主要色素成分，其积累量与子实体黄色程度呈正相关。两种共生真菌中，粗毛革菌在色素积累过程中可能发挥主导作用，通过调控核黄素生物合成相关基因的表达影响子实体颜色。

讨论部分进一步阐述了真菌颜色的生物学意义，指出颜色是物种最直观的视觉表征，与生理功能、生态适应性和潜在药用价值密切相关。辅因子乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）作为类异戊二烯、脂肪酸、类萜、黄酮类和多酮类化合物合成的前体，以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸作为许多次级代谢产物的前体，在色素积累中起着至关重要的作用。研究还探讨了共生真菌间的互作关系，指出这种共生关系不仅促进子实体的生长发育，还显著影响其颜色表现。

该研究的创新之处在于首次采用多组学方法系统解析了金耳子实体颜色形成的分子机制，揭示了两种共生真菌在色素积累中的协同作用，为食用菌的分子育种和品质改良提供了重要的理论依据和实践指导。未来研究可进一步探索通过基因工程手段提高金耳中核黄素含量的方法，开发高核黄素含量的新型菌株及其衍生产品，提升其商业价值和营养价值。