近年来,通过科技创新与推广绿色有机种植技术等手段,食用菌的品质和附加值明显提升。但是,同质化严重的问题也导致食用菌产业面临升级和结构调整等现实问题。同时,随着社会经济的发展,“低碳”“绿色”“循环”等发展新理念对产业提出了更高的要求。概述了食用菌合成生物学的研究进展及其在该领域的创新应用,希望能够将这一快速发展的领域纳入我国及其他国家的食用菌技术变革的新赛道中。重点讨论了以食用菌为基础的循环经济、人类健康和药学、替代蛋白、替代皮革、污染治理以及航空航天等应用领域发展的难点,并提出了利用合成生物学解决这些问题的应对措施。希望未来使用食用菌合成生物学可以更好地推动可持续的社会经济和生态发展。
以黑木耳(Auricularia heimuer Dai13782)的基因组作为参考框架,利用NCBI数据库中收录的皱木耳SS5、黑木耳B14-8、毛木耳CCMJ2827及毛木耳ACW001等菌株的基因组为测试数据,通过一系列生物信息学工具(如Bwa、Samtools、Bcftools)分析了黑木耳及近缘种共5个菌株之间的基因组变异情况。利用Tassel 5软件,构建了包含5个菌株在内的亲缘关系矩阵,利用R语言中的Pheatmap包,对这一矩阵进行了可视化处理,直观地展示了这5个菌株之间的亲缘关系。采用VCFtools-0.1.16软件,通过设定300 bp的滑动窗口,筛选出其中单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)数量等于或大于50的丰度SNP(abundance SNP, aSNP)区域。利用Primer 3软件,针对这些aSNP区域设计了47 407对引物。经过e-PCR的严格筛选,发现1 020对引物符合实验设定,涉及8个aSNP区域,每个区域保留1对特异引物,分布在参考基因组的6个重叠群区域。以常用的ITS和LSU作为参考标记,以aSNP标记验证分析13个黑木耳菌株的遗传亲缘关系。结果显示,aSNP标记揭示的系统发育关系大体上与ITS、LSU标记结果一致,甚至能更细致地区分亲缘关系很近的黑木耳菌株。总体上反映出黑木耳菌株与毛木耳亲缘关系相对较近,与皱木耳关系最远,该结果与基于全基因组SNP揭示的亲缘关系结果基本一致,侧面证实了基于aSNP序列分析结果的可靠性。实验开发的aSNP标记序列区间含有丰富的变异位点,有望作为传统ITS、Rpb2、Ef1α等靶标分析序列的有益补充,为黑木耳等种质资源的系统发育及遗传鉴定提供助力。
金针菇(Flammulina filiformis)是一种著名的药食两用真菌,具有良好的开发应用前景。高效稳定的遗传转化体系是其进行基因功能研究的关键技术。农杆菌介导的转基因方法是目前金针菇遗传转化的重要方法之一。系统综述了转化受体、农杆菌菌株、双元载体、乙酰丁香酮和共培养时间等因素对金针菇遗传转化效率的影响,总结了农杆菌介导的转化技术在金针菇基因功能研究中的应用进展,并就该技术存在的问题和应用前景作简单的探讨,以期为今后建立高效的农杆菌介导的金针菇遗传转化系统提供参考。
香菇(Lentinula edodes)作为我国重要食用菌,具有悠久的栽培历史,如今在全球广泛应用于食品和药用领域。香菇富含生物活性多糖,其中β-葡聚糖的含量尤为丰富。自20世纪70年代以来,人们发现香菇多糖的抗癌生物活性之后,针对香菇多糖的活性研究从未停止。研究表明,香菇多糖具有多种显著的生物活性,涵盖抗氧化、抗肿瘤、抗衰老、抗炎、免疫调节、抗病毒、保肝以及降胆固醇等功效。香菇多糖的分离提纯方法、化学性质与生物活性一直备受世界各地学者的密切关注。基于前人的工作基础,全面总结了香菇多糖的最新研究进展,包括香菇多糖的分离方法及不同分离方法对其结构活性的影响、结构特征与多糖生物活性的关系以及香菇多糖在发挥生物活性时的作用机制等内容,期望为香菇多糖在医疗和功能性食品领域的进一步应用提供有价值的信息参考。
维吾尔族药材(简称维药)苦白蹄是一种常用的民族药材,主要源自多孔菌科拟层孔菌属中的苦白蹄Fomes officinalis (Vill. ex Fr.) Ames的子实体。详尽考证了维药苦白蹄的名称、基原、药性、功效及其复方制剂,系统整理了从苦白蹄中分离并鉴定出的三萜酸类、甾醇类、芳香类、倍半萜类及其他化学成分,并对维药苦白蹄进行了现代药理学分析。现有研究表明,维药苦白蹄具有抗肿瘤、抗氧化、调节免疫、止咳祛痰、抗阿尔兹海默病及抗菌、抗炎、抗衰老等多种药理作用。鉴于苦白蹄丰富的药用价值及其巨大的开发潜力,总结了其本草考证、化学成分及现代药理研究的进展,旨在为维药苦白蹄的临床应用与开发提供参考。
暴马桑黄(Sanghuangporus baumii)作为一类大型药用真菌,不仅是中国传统中备受推崇的名贵中药材,更随着近年来菌类栽培学研究的迅猛发展,已经成为人工种植桑黄的主要菌种。现代研究发现,暴马桑黄中含有的黄酮类、多糖类、多酚类和萜类等多种化学成分,具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、保肝和抗肝硬化等药理活性。系统整理了暴马桑黄中抗肿瘤活性成分的提取与分离方法,总结了暴马桑黄抑制肿瘤细胞的作用机制,以期为暴马桑黄在医药领域的研究与应用提供理论参考。
真菌Simplicillium lanosoniveum已被报道具有多种生物学效应,往往被用作生物防治。然而,有关其液体发酵的研究却很少。通过形态学和系统发育分析,鉴定了1株从发网菌属中分离出的丝孢真菌SL001,即S. lanosoniveum。以菌丝生物量和胞外多糖产量为指标,通过单因素和正交实验优化发酵培养基的组成和比例,以阐明液体发酵S. lanosoniveum的最优培养条件。结果表明,在麦芽糖40 g·L-1、蛋白胨3 g·L-1和KH2PO4 1 g·L-1的营养条件下,S. lanosoniveum的菌丝生物量和胞外多糖产量最高,对S. lanosoniveum菌丝生物量的影响程度由大到小依次为麦芽糖>蛋白胨>KH2PO4。最后,根据营养需求对培养条件进一步优化。结果显示,最佳培养条件为麦芽糖40 g·L-1,蛋白胨3 g·L-1,KH2PO4 1 g·L-1,培养温度28 ℃,pH 5.5,转速150 r·min-1,装液量80 mL/250 mL,接种量6%。在最佳培养条件下,菌丝生物量和胞外多糖可达到最大值1.69 g·100 mL-1和3.968 mg·ml-1,与对照组相比有显著差异(P<0.01)。通过单因素和正交实验得到真菌S. lanosoniveum的最佳液体发酵条件,为进一步研究S. lanosoniveum的抗菌作用和工业化生产提供了理论依据。
研究旨在探讨矿质元素和植物激素对超群羊肚菌菌丝生长和多糖产生的影响。以超群羊肚菌菌株为测试材料,以该菌株在不同质量浓度培养基上生长的菌落直径为考察指标,探究矿质元素和植物激素质量浓度对羊肚菌菌丝生长的影响;再从上述浓度梯度中选取菌丝生长较优的质量浓度,配置成培养基对羊肚菌进行培养,测定其多糖含量。结果显示,CaSO4在一定的浓度范围内对羊肚菌菌丝的生长起到促进作用,在质量浓度为10 g·L-1时促进作用最为明显;低浓度MgSO4(<0.1 g·L-1)对羊肚菌的菌丝生长起到促进作用,质量浓度为0.01 g·L-1时促进作用最明显,浓度过高则出现抑制且随质量浓度升高抑制作用越明显;植物激素水杨酸对羊肚菌的生长无明显作用;适量质量浓度(0.005~0.05 mg·L-1)的茉莉酸甲酯能促进羊肚菌菌丝的生长。一定质量浓度的CaSO4(10 g·L-1左右)可以促使羊肚菌产生胞外多糖;MgSO4质量浓度越高,羊肚菌胞外多糖的总量越高。适量质量浓度的CaSO4、MgSO4和茉莉酸甲酯都能促进羊肚菌菌丝的生长,水杨酸对羊肚菌的生长无影响。CaSO4对羊肚菌产生胞外多糖表现为双重作用,既可以抑制羊肚菌中胞外多糖产生也可促进其产生;MgSO4对胞外多糖的产生则表现为促进作用。
桑树在我国种植广泛,每年修剪下来的枝条利用率低。桑枝木屑中含有的纤维素、半纤维素、木质素等成分,是食用菌生长的理想基质原料。研究不同桑枝木屑添加量复配其他基质成分对茶树菇(Agrocybe aegerita)菌丝生长状态、子实体产量、形态、生物学效率及经济效益的影响,可为新型栽培基质的应用提供理论依据。以茶树菇为试材,按20%、40%、60%和80%不同添加量的桑枝木屑进行栽培试验,不添加桑枝木屑的处理作为对照组(CK)。结果显示,添加不同比例桑枝木屑复配的配方均促进了菌丝生长,提高了子实体产量和生物学效率。当添加量为80%时,生物学效率比CK提高了17.06%,投入产出比为1∶2.25。在这项研究中,使用桑枝木屑栽培茶树菇,降低了生产成本,提高了生物学效率及投入产出比,增加了茶树菇栽培的原料供应,减少了桑枝对环境造成的污染和资源浪费。
为筛选适用于大球盖菇采后品质提升的干制技术,探究了热泵干制和射频干制技术对大球盖菇风味成分含量及品质的影响。不同干制技术对大球盖菇样品风味成分含量及品质影响较大。脂质、烷烃、杂环类物质是射频干制的大球盖菇样品中的主要挥发性化合物,醛酮醇类物质是热泵干制的大球盖菇样品中的主要挥发性化合物,挥发性成分主要富集在初级醇类、酮类、杂芳香族化合物的合成代谢通路上。甜味、鲜味氨基酸是两种干制样品中的主要氨基酸种类,其中,谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸和缬氨酸等是主要氨基酸;热泵干制样品中滋味成分核苷酸、氨基酸、有机酸总量及等鲜浓度值均高于射频干制样品。热泵干制样品鲜甜味滋味成分的电子舌及挥发性硫化物和芳香族化合物的电子鼻响应信号更高。大球盖菇干品的风味成分、感官及质构分析结果显示,热泵干制技术更有利于大球盖菇干品形成愉悦风味和较好品质外观,该技术有望进一步推广应用于大球盖菇采后品质提升。
为了探究不同保存方式对香菇、金针菇、杏鲍菇、银耳等四种常见食用菌菜品中亚硝酸盐及细菌数量的影响,对加工后的食用菌菜品在不同温度和时间下的亚硝酸盐含量和细菌数量进行了测定。具体而言,将这四种食用菌菜品分别保存在4 ℃和22 ℃的环境中,并在0、12、24、48和72 h的时间点进行取样,测定亚硝酸盐含量、硝态氮含量及细菌数量。实验结果显示,在22 ℃保存72 h后,香菇、金针菇、杏鲍菇、银耳菜品与4 ℃保存相比,亚硝酸盐含量显著升高,而硝态氮含量显著下降,但食用菌菜品中亚硝酸盐含量均处于国家标准规定的20 mg·kg-1的安全范围内。同时,在保存72 h后,香菇、金针菇、杏鲍菇、银耳菜品在22 ℃下的细菌数量更多。从时间维度看,为了保证食用菌菜品的品质和安全性,建议尽快食用新鲜食用菌菜品,如需保存,则更推荐置于4 ℃的冰箱中保存。
绿原酸(chlorogenic acid, CGA)是一种广泛存在于植物中的酚酸类化合物,其主要来源于咖啡、茶叶、水果和蔬菜等。绿原酸在植物生长发育、抗病虫害、抗寒等方面具有重要作用。绿原酸经苯丙氨酸代谢途径合成,但是其合成及调控的分子机制目前尚不十分清楚。总结分析了绿原酸生物合成途径关键限速酶及转录因子、影响其含量的生物与非生物因素及应用前景,旨在为今后植物中绿原酸的合成调控提供理论支持及靶标基因。
小麦是世界上种植最广泛的作物之一,其株高是优化收获指数、实现粮食产量最大化的重要因素。系统综述了小麦矮秆(reduced height,Rht)基因的分类、多效性特征,以及这些基因功能标记在小麦育种中的应用,讨论了目前已发现的26个与小麦株高密切相关的基因对赤霉素的敏感性及其研究进展,展望了采用各种技术手段挖掘新的矮秆基因的可行性及其在小麦遗传育种中的潜力,以期为提高小麦产量研究提供理论参考。
聚酮类化合物作为一类重要的次级代谢产物,在海洋生物中广泛分布,展现出包括抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗氧化及抑制酶活性在内的多种生物活性。近年来,随着对海洋资源探索的深入,源自海洋真菌的新型聚酮类化合物不断涌现,成为新药研发的重要宝库。从研究概况、生物合成途径、发酵与分离以及生物活性评估五个方面综述了海洋真菌来源的聚酮类化合物的研究进展,以期为海洋聚酮类化合物的开发与应用研究提供参考。
烟草疫霉(Phytophthora nicotianae)是一种可引发烟草黑胫病的土传卵菌,对烟草生产造成极大危害。为了应对这一问题,筛选出一株对烟草疫霉菌具有较强生防功能的菌株XC-29,通过解析基因组信息,挖掘其拮抗代谢产物及拮抗基因。采用平板对峙法和盆栽试验鉴定生防菌XC-29的抑菌活性和防治效果;通过形态观察和16S rRNA扩增子测序技术准确鉴定了XC-29菌株;利用全基因组测序、转录组测序探究菌株拮抗机制。结果表明,根际土分离的拮抗菌株XC-29鉴定为沙福芽孢杆菌(Bacillus safensis),其全基因组测序预测出136种碳水化合物活性酶和11个编码次生代谢产物合成相关的基因簇,其中6个基因簇已被确认为抗菌物质合成簇,分别编码地衣素、双效菌素、schizokinen、丰原素、杆菌溶素和嗜铁素;转录组测序结果进一步确定菌株基因具有编码相应抑菌物质的能力。综上,沙福芽孢杆菌XC-29对烟草疫霉菌具有较强的拮抗作用,全基因组和转录组分析初步揭示了沙福芽孢杆菌XC-29的抑病机理,为进一步探究拮抗菌的抑菌机制和生物防控提供理论依据。
鉴于特异性PCR、试纸条等常用转基因植株检测方法存在费时费力且需要一定专业技术等局限性,研究希望探索一种低成本、高效、操作简便且适用于小麦全生育期田间大规模筛选的转基因植株鉴定方法。选取具有草铵膦除草剂BASTA抗性的转基因小麦进行最适BASTA溶液浓度筛选,发现在大田环境下200 mg·L-1的BASTA溶液可分别在苗期和扬花期有效鉴定转基因阳性植株。同时,为了验证BASTA叶片涂抹法的准确性和实用性,选取20个T0代转基因小麦样本,分别采用Bar试纸条、特异性PCR和BASTA叶片涂抹法3种方法进行转基因阳性鉴定。结果显示,BASTA叶片涂抹法与Bar试纸条鉴定结果一致,并且其检测范围能够覆盖特异性PCR的检测结果。与传统方法相比,BASTA叶片涂抹法成本低、高效、操作便捷,且全生育期可用,尤其适用于田间转基因植株的大规模筛选。
交链孢酚(alternariol,AOH),作为交链孢霉菌产生的一种有毒代谢产物,通过侵染小麦、番茄、樱桃和柑橘等农产品,不仅造成经济损失,还对人类健康构成威胁。基于竞争原理,构建了一种针对AOH的灵敏且特异性强的核酸适配体荧光试纸条检测体系。对适配体浓度、pH和缓冲液等条件进行优化后,进一步评价其准确性和特异性等性能,并应用于小麦样品中AOH的含量测定。在最优条件下,其检测限可达1 μg·L-1,检测范围为1~1 000 μg·L-1,线性相关系数R2=0.979 2,仅需20 min即可完成检测。在实际样品分析中的回收率为96.6%~114.3%,相对标准偏差为2.6%~9.0%。利用核酸适配体作为识别元件,开发了一种简便、快速、准确的适合现场快速定量检测AOH的新方法,为其他真菌毒素快速检测技术的研发提供了参考。
为提高工程菌株纤维素酶产酶效率,采用单因素试验和正交试验法对高产纤维素酶枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)工程菌株C36、CM、KF、GH5的发酵培养基和培养条件进行优化。结果表明,工程菌株C36、CM、KF和GH5在最优发酵条件下的产酶效率显著提高。发酵条件优化后,工程菌株CM的纤维素酶活最高,在醇化烟叶添加量7%、蛋白胨添加量0.8%、pH 6.1、发酵温度37 ℃、转速220 r·min-1、装液量40 mL及发酵时间96 h的条件下,其羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose, CMC)酶活和滤纸酶活(filter paper activity, FPA)分别达到504.95和222.11 U·mL-1。发酵条件优化后,工程菌株GH5的纤维素酶活提升倍数最高,在醇化烟叶添加量6%、蛋白胨添加量0.9%、pH 6.1、发酵温度37 ℃、转速220 r·min-1、装液量40 mL及发酵时间96 h的条件下,其CMC和FPA酶活分别是优化前的28.55和9.68倍。
RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase, RdRp)在新型冠状病毒——严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)复制中发挥重要作用,是主要的抗病毒靶点。RdRp的功能严格依赖其空间结构,而关键氨基酸位点的突变可能导致空间结构和功能的改变。为了探究对SARS-CoV-2原型株有效的RdRp抑制剂是否对Omicron变异株仍存在抑制效果,对我国近两年流行的Omicron变异株的913个RdRp优质序列进行多序列比对。与原型株相比,这些Omicron变异株的RdRp序列既存在同义突变又存在错义突变。在错义突变中,除少数低频突变位点外,44%为P323L,34%为P323L和G671S双重突变,12%为P323L、G671S和D63N三重突变,分别将包含这3类突变的Omicron RdRp归为1_RdRp、2_RdRp和3_RdRp。利用AlphaFold2构建这3类RdRp的蛋白质结构模型,并通过PyMOL将Omicron与原型株的RdRp结构进行叠合比对,结果显示3类蛋白质3D结构均与原型株的RdRp(6M71_RdRp)高度重叠,提示突变未对RdRp的空间结构产生显著影响。在此基础上,将3种Omicron RdRp蛋白模型分别与4种已报道的RdRp抑制剂对接,结果显示这4种抑制剂依然能稳定结合在各Omicron RdRp模型的活性中心,提示RdRp是一个长期有效的靶标。基于此,构建的细胞外RdRp酶活反应和检测体系将有助于靶向RdRp的抗病毒药物的评价或筛选。
利用单细胞RNA测序(single-cell RNA-seq,scRNA-seq)和批量RNA测序(bulk RNA-seq)数据,探讨骨膜蛋白(periostin, POSTN)在雌激素受体阳性(estrogen receptor positive,ER+)乳腺癌中的表达特征及其临床相关性,为ER+乳腺癌患者的诊断、预后和个体化治疗提供理论建议。利用基因表达总库(gene expression omnibus,GEO)中的scRNA-seq数据鉴定ER+乳腺癌的细胞亚群和POSTN的表达特征。通过细胞轨迹和细胞通讯进一步分析POSTN和特异性高表达POSTN的癌症相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs)亚型。利用癌症基因组图谱(the cancer genome atlas,TCGA)数据库中的ER+乳腺癌数据,分析POSTN的表达水平、诊断和预后价值、通路富集、免疫治疗反应和药物敏感性。基于ER+乳腺癌的scRNA-seq数据,鉴定出一组高表达POSTN的CAFs,命名为POSTN+ CAFs。它们都处于分化的晚期阶段并对细胞间通讯至关重要;基于ER+乳腺癌bulk RNA-seq数据,发现POSTN在ER+乳腺癌中显著表达,并且与诊断和预后有相关性;根据功能富集分析,POSTN可能在血管生成、转移以及癌症的发生和进展中发挥作用;POSTN表达水平较低的个体可能从免疫治疗中获益;化疗药物对POSTN低表达的患者影响更大。基于scRNA-seq和bulk RNA-seq,全面分析了POSTN和POSTN+ CAFs在ER+乳腺癌中的生物学作用,并得出结论,POSTN可能是ER+乳腺癌诊断、预后、治疗反应和治疗靶点的生物标志物。