AcCdc42基因过表达对冠突散囊菌液态发酵过程中挥发性代谢物谱的影响及其在茯砖茶风味形成中的作用

本研究针对茯砖茶特征性"菌花香"形成机制不明的问题，通过构建冠突散囊菌AcCdc42过表达菌株（OE::AcCdc42），采用HS-SPME-GC-MS技术分析其在液态麦芽酵母琼脂（MYA）和黑茶茶汤发酵体系中的挥发性代谢物变化。研究发现AcCdc42通过调控有性生殖过程显著改变醇类（增加6.05倍）和酚类（增加137.34倍）等关键风味物质的合成，为黑茶液态发酵工艺优化和风味调控提供了分子靶点。

　　

在传统黑茶加工过程中，茯砖茶独特的"菌花香"一直被视为品质的重要标志。这种特殊风味的形成与冠突散囊菌（Aspergillus cristatus）的有性生殖过程密切相关——当茶砖表面出现金黄色闭囊壳（俗称"金花"）时，往往伴随着令人愉悦的复合香气。然而，调控这一生物学过程的关键基因及其代谢网络至今尚未阐明。与此同时，传统固态发酵存在周期长、品质不稳定等技术瓶颈，而新兴液态发酵技术又缺乏系统的风味形成机制研究。这些核心问题的解决，对实现黑茶产业的精准调控和品质升级具有重要意义。

湖南农业大学茶学教育部重点实验室的研究团队在《Food Chemistry: Molecular Sciences》发表的研究，首次揭示了Rho GTP酶家族成员AcCdc42通过调控冠突散囊菌有性发育影响黑茶风味物质合成的分子机制。研究人员采用农杆菌介导的遗传转化构建AcCdc42过表达菌株，通过表型观察确认其对闭囊壳发育的促进作用；进而利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）系统分析了液态MYA培养基和黑茶茶汤发酵体系中的挥发性代谢物变化；最后通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等化学计量学方法解析差异代谢物特征。

研究结果主要分为四个部分：

1. AcCdc42生物信息学分析与过表达菌株构建
   系统发育分析显示AcCdc42与Aspergillus chevalieri的Cdc42同源度达98.45%，具有典型的P-loop NTPase结构域。成功构建的过表达菌株中AcCdc42转录水平最高提升7.8倍，菌落颜色加深，闭囊壳直径增大8%，子囊孢子数量增加15%。

2. 液态MYA发酵体系的挥发性代谢物变化
   鉴定出41种差异挥发性物质，总含量提升0.23倍。最显著的变化是醇类物质增加6.05倍（如α-松油醇含量提升2.25倍），芳香族化合物减少4.67倍。新出现的萜品烯-4-醇（0.014 mg/L）和十四烷酸（0.077 mg/L）等物质赋予体系更复杂的香气特征。

3. 黑茶茶汤发酵体系的代谢特征转变
   检测到31种差异代谢物，总含量达WT的3.2倍。酚类物质2,4-二叔丁基苯酚暴增137.34倍（0.170 mg/L），具有显著抗菌和抗癌活性；而萜烯类物质减少2.38倍。新出现的酯类化合物（如棕榈酸甲酯）和月桂醛等物质共同构成更丰富的果香和花香基调。

4. 关键代谢通路解析
   研究推测AcCdc42通过调控甲羟戊酸（MVA）途径影响萜类物质合成，同时可能激活水杨酸代谢途径促进酚类物质积累。这些变化在两种发酵基质中呈现一致性规律，表明AcCdc42的功能具有基质非依赖性特征。

这项研究首次建立了AcCdc42基因与黑茶特征性风味物质合成的直接关联，为理解真菌有性生殖与次级代谢的协同调控提供了新视角。从应用角度看，该发现不仅为液态发酵黑茶的风味定向调控提供了分子靶点，其鉴定的2,4-二叔丁基苯酚等高价值代谢物更为开发功能性黑茶产品开辟了新思路。特别值得注意的是，研究中发现的AcCdc42对闭囊壳发育的促进作用，为传统茯砖茶"金花"品质的快速评价提供了潜在的分子标记。未来研究可进一步探索AcCdc42在不同发酵体系中的调控网络，以及其下游效应分子在茶叶基质中的转化规律，从而推动黑茶加工技术从经验型向精准型的转变。