转录因子LeC2H2–2通过激活几丁质酶基因LeCHI6和LeCHI10，从而正向调控香菇采后软化现象

《Postharvest Biology and Technology》：Transcription factor LeC2H2–2 positively regulates postharvest softening in Lentinula edodes (shiitake mushroom) by activating chitinase genes LeCHI6 and LeCHI10

　　

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  香菇采后软化是由几丁质降解和细胞壁解体所驱动的。
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  LeC2H2–2是调控香菇采后软化的关键转录因子。
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  LeC2H2–2可直接激活几丁质酶基因LeCHI6和LeCHI10，从而加速几丁质水解。

引言

近年来，全球香菇（Lentinula edodes）的种植规模显著扩大，其产量占全球真菌总产量的约25%，在中国则占到蘑菇总产量的80%（Subramaniam等人，2021年）。从营养价值来看，香菇富含多糖、维生素D前体及麦角固醇等生物活性物质，这些物质具有免疫调节和抗肿瘤作用（Judprasong等人，2023年）。随着人们对香菇健康益处的认识不断提高，人们更倾向于食用新鲜的香菇（Choi等人，2021年）。然而，香菇采后的高呼吸速率会加速其在储存过程中的质地软化，从而大大缩短其保质期。

软化是新鲜农产品采后生理衰退的主要现象，是一个复杂且持续的生理调节过程。软化的特征包括细胞膜脂质受损、细胞壁结构改变以及膨压降低。最新研究显示，食用菌采后软化的主要机制在于细胞壁多糖的降解以及细胞壁修饰酶活性的增强（Zhong等人，2025年）。例如，香菇的软化过程是由细胞壁多糖的酶促降解所驱动的，这一过程与植物中依赖果胶的软化过程有本质区别（Chen等人，2021年；Guo等人，2022年）。真菌的细胞壁大约由50–60%的β?1,3-葡聚糖和10–20%的几丁质组成，二者通过β?1,6-葡聚糖相连，并嵌入α?1,3-葡聚糖基质中，其中不存在可检测到的果胶（Yugueros等人，2024年）。分子分析表明，细胞壁降解酶的协同上调会促使大型真菌发生软化（Shi等人，2023年）。值得注意的是，外切β?1,3-葡聚糖酶、内切β?1,3-葡聚糖酶、双功能β?1,3–1,6-葡聚糖酶以及内切β?1,6-葡聚糖酶基因表达的增加，会导致β-葡聚糖含量减少40–60%，同时细胞壁孔隙度增加2.3倍，这进一步证明了β-葡聚糖水解是大型真菌软化的关键机制（Sakamoto等人，2011年）。除了β-葡聚糖之外，几丁质也是真菌细胞壁的关键结构成分，它的降解在推动真菌质地变化方面同样起着重要作用。灰盖鹅膏的菌柄伸长是由于细胞壁结构的程序性重塑所导致的，其中几丁质的重组和葡聚糖的变薄共同作用，使得菌柄能够快速向上生长（Niu等人，2015年）。在双孢蘑菇中的研究表明，沉默AbCHI1基因可使几丁质降解减少18%，并延缓组织软化32%，而该基因的过表达则会加速细胞壁几丁质的解体，程度达54%（Liu等人，2025年）。总之，尽管大量针对模式真菌的研究提升了人们对大型真菌质地形成机制的理解，但对于那些在质地变化中起关键作用的机制，尤其是对于全球范围内具有重要经济价值的香菇的采后软化机制，目前仍了解不足。

转录调控是真核生物中的基本机制，它能够调节基因表达并协调多种细胞功能。在这一过程中，转录因子起着核心调控作用，它们通过与启动子区域特异性结合来激活或抑制下游的转录过程（Chen等人，2020年；Xue等人，2022年）。在各类转录因子中，C2H2锌指转录因子家族是最为庞大的一个类别，这类因子具有保守的Cys?/His?结构域，可通过这些结构域与DNA、RNA或蛋白质辅因子相互作用，从而调控基因表达（Zhang等人，2021年）。在植物中，C2H2锌指转录因子参与植物的生长、发育以及应激反应途径（Bai等人，2023年）。同样，C2H2锌指蛋白也被认为能够调控栽培蘑菇的一些有益农艺性状，例如过表达Abc2h2基因可以加速双孢蘑菇子实体的形成（Pelkmans等人，2016年）。尽管已有这些研究成果，但关于C2H2锌指蛋白在香菇中的作用却知之甚少。虽然目前已有多种香菇的染色体级基因组序列被公布，而且我们的分析也表明LeC2H2家族是香菇中最为重要的转录因子家族，但针对其在采后品质下降过程中的调控作用的相关研究仍然十分匮乏。

在本研究中，我们首先系统地分析了香菇在采后储存过程中的质地变化。在此基础上，我们识别并分析了与软化过程相关的重要基因，尤其关注了C2H2锌指转录因子。此外，我们还阐明了重要转录因子LeC2H2–2的调控机制，该因子通过调控参与细胞壁降解和重塑的目标基因的表达，从而促进采后软化过程的发生。总体而言，我们的研究结果为开发新的策略以延缓食用菌的采后品质下降奠定了基础。

章节摘要

实验材料与储存条件

我们从中国山西省运城市的某个商业化栽培基地获取了新鲜采摘的香菇（环境温度为22℃，相对湿度为85–95%）。这些香菇子实体在4℃、相对湿度为85–90%的条件下进行保存。整个采样和储存实验持续1天，每隔3天采集一批样本进行分析。对于分子检测而言，相关组织会被迅速置于液氮中冷冻保存，然后储存在-80℃条件下。

重量损失的测定

记录每次采样时的重量。所有样本

香菇采后的表型特征

在4℃条件下储存时，香菇子实体的硬度逐渐降低。初始硬度为27牛顿，且在整个储存期间持续下降，到第9天时硬度已降低了40%（见图1A）。与此同时，香菇的咀嚼性和弹性在储存初期会出现短暂的上升，分别在第3天达到峰值，数值为23毫焦和4毫米，这一现象可能是由于采前阶段菌丝间隙中积累的自由水迅速蒸发所导致的

讨论

采后软化是全球范围内园艺产品品质下降的主要原因之一，它会导致高达30%的采后经济损失（Liu等人，2021年）。在水果和蔬菜中，软化主要是由细胞壁多糖的降解，尤其是果胶的降解所引起的（Liu等人，2020年）。例如，番荔枝的软化就是由纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、果胶甲酯酶以及多聚半乳糖醛酸酶等酶的协同作用所导致的

结论

本研究发现，C2H2型锌指蛋白LeC2H2–2是调控香菇采后软化的关键因子。在冷藏条件下，LeC2H2–2的表达水平会上升，它还能通过结合启动子来直接激活几丁质酶基因LeCHI6和LeCHI10。这种转录诱导作用会加速几丁质的水解，从而导致香菇中的几丁质含量减少41%，进而破坏菌丝的结构完整性，这一现象可从超微结构上的变化以及相关的其他指标中得到证实

CRediT作者贡献说明

杨玉贤：实验验证、方法设计、数据整理。贾 Wanting：项目指导、数据整理。邓冰：初稿撰写、可视化处理、方法设计、数据整理、概念构建。田世平：文章修订与编辑、项目指导、概念构建。冯翠萍：文章修订与编辑。常明昌：项目指导、资源协调、项目管理、资金申请。张晓宇：项目指导、定量分析、概念构建。刘景宇：项目指导、定量分析

利益冲突声明

我们声明， ourselves没有任何可能与本研究相关的个人利益、财务利益、商业利益或关联关系，不存在任何利益冲突。

致谢

本研究得到了以下项目的资助：国家重点研发计划（项目编号：2024YFD2100800）；山西省重大科技专项（项目编号：202301140601015）；以及中国国家自然科学基金（项目编号：32102053）。

Bing Deng|Yuxian Yang|Wanting Jia|Yunzhi Li|Jingyu Liu|Junlong Meng|Mingchang Chang|Xiaoyu Zhang|Shiping Tian|Cuiping Feng