Introduction

香菇(Lentinus edodes)因營養價值高、鮮香味美而深受消費者喜愛。孢子釋放是其衰老的標志之一。香菇的風味不僅使消費者的感官愉悅，和孢子釋放也有關系。在分子水平上探究孢子釋放過程中能量狀態和鮮味水平之間關系鮮有報道。

沈陽農業大學食品學院辛廣教授、夏榕嶸、趙雪梅等 研究常溫下不同貯藏時期香菇的能量水平與鮮味物質變化并進行相關性分析，基于轉錄組測序鑒定孢子釋放過程中與能量和鮮味代謝相關的差異表達基因。旨在揭示香菇采后孢子釋放過程中能量狀態與鮮味物質之間的分子機制聯系，為香菇采后孢子釋放過程中鮮味狀態與能量物質代謝機制的關系提供了有價值的見解。

Results and Discussion

貯藏質量變化

香菇在25 °C條件下貯藏12 h時，其菌蓋輕微打開(圖1A)，24 h時首次拍攝到輕微的孢子印。在36～60 h期間，觀察到大量孢子釋放。呼吸速率在24 h達到峰值(P<0.05)，此時正值孢子的首次釋放期(圖1B)。從營養基質中去除后，蘑菇的呼吸作用增加，呼吸作用必須依賴于體內營養物質的消耗來滿足能量供應。隨著蘑菇孢子的釋放和蓋子的打開，失重持續增加(圖1C)。因此，蘑菇的孢子釋放是在24 h觸發的，與蘑菇衰老開始時的呼吸峰值相對應。本文還測定了香菇貯藏過程中能量水平與鮮味物質變化。

圖1 貯藏過程中外觀（A）、呼吸速率（B）和失重（C）的變化

相關性分析

相關性分析表明ATP和AMP含量與GMP和Glu含量顯著相關(P<0.05)。氨基酸有助于線粒體代謝和ATP的產生，其中碳骨架通常轉化為TCA循環的前體或中間體。并分析了鮮味化合物含量與能量代謝相關酶活性的相關性。Glu含量與G-6-PDH和SDH活性呈負相關(P<0.05)，而Asp含量與SDH和CCO活性呈正相關(P<0.01)。SDH可能是影響采收蘑菇鮮味的重要酶。EC與EUC呈顯著正相關(P<0.001)。因此，鮮味化合物水平與蘑菇孢子釋放過程中的能量狀態密切相關。

圖2 貯藏過程中香菇能量狀態與鮮味化合物含量的皮爾遜相關系數（R）矩陣

轉錄組學分析

LeGALM、LeGADPH、LePGK和LePK基因在24 h顯著下調，導致丙酮酸含量下降(圖3A)。丙酮酸是TCA途徑的重要原料。能量的產生主要與線粒體反應有關，如TCA和mETC途徑。TCA通路中LeSDH、LeIDH和LeACLY基因在24 h時下調。mETC途徑中的LenuoA、LefbcH1、LefbcH2和LeCCO在24 h時表達顯著下調。15個能量代謝基因顯著下調，表明大量的能量消耗觸發了孢子釋放。LeACLY、LenuoA、LeALDH1和LeALDH2基因在60 h顯著下調，ATP含量降低。因此，ATP合成相關基因的下調可能是蘑菇衰老的原因。

如圖3B所示，LeAK和LecpdP1是ATP轉化為AMP的關鍵基因，在24 h顯著上調。LecpdP2、LenrdJ1、LenuD和LeADK在24 h顯著下調，抑制ATP、AMP、IMP和XMP的分解。

從圖3C可以看出，TCA循環是氨基酸代謝通路中Glu和Asp合成分解的中間通路。24 h時LeGLT和LegudB的表達量顯著增加，導致酮戊二酸大量轉化為谷氨酸。LEGAD上調導致60 h谷氨酸分解增加，24 h和60 h顯著下調的LEASNS基因與Asp含量呈負相關，導致Asp產量增加。嘌呤和氨基酸代謝通路的基因顯著表達，表明能量狀態在分子水平上與鮮味有關。上述數據表明，貯藏過程中蘑菇鮮味化合物的代謝受能量狀態的調控。

圖3 采后貯藏期間蘑菇能量（A）、嘌呤（B）和氨基酸（C）代謝途徑的影響

Conclusion

25 °C下貯藏的香菇在采后第24小時觀察到輕微的孢子印圖，同時出現呼吸高峰，ATP顯著減少，能量相關酶活性的顯著增加，這表明孢子釋放消耗大量的能量，且是蘑菇采后衰老的開始。同時，隨著孢子釋放的蘑菇鮮味核苷酸和氨基酸含量相對較高，相關分析表明EUC與能量狀態顯著相關(R=0.80)。15個能量代謝基因在孢子釋放過程中顯著下調。LecpdP1和LeAK是連接能量狀態和鮮味的關鍵基因，在嘌呤代謝通路中負責ATP轉化為AMP。這些新發現揭示了孢子釋放過程中能量狀態變化的分子機制以及能量狀態與鮮味的關系。在未來對影響孢子釋放的其他因素的深入研究會提供線索。

第一作者

夏榕嶸，女，沈陽農業大學博士研究生，研究方向為食用菌貯藏與加工。

趙雪梅，女，沈陽農業大學碩士研究生，研究方向為食用菌貯藏與加工。

通信作者

辛廣，男，沈陽農業大學食品學院教授，博士生導師，加拿大蒙特利爾大學訪問學者，農業部東北野生獼猴桃異位資源保存圃負責人，食品學院果蔬加工方向學術帶頭人，遼寧省“五一”勞動獎章獲得者。中國食品科學技術學會休閑食品加工分會理事、中國菌物學會食用菌貯藏與加工產業分會理事，遼寧省食品科學技術學會副秘書長、遼寧省科技獎勵評審專家、遼寧省宏觀經濟研究智庫專家、遼寧省科技特派團專家。承擔國家公益性行業科研專項、“十三五”重點專項、國家農業成果轉化基金項目等多項課題，制定國家標準1項、行業標準1項、地方標準5項，先后獲中國食品科學技術學會科技創新獎-技術進步一等獎、遼寧省科技進步三等獎，遼寧省教學成果二等獎，在Trends in food science and technology、Food Chemistry、中國農業科學、食品科學等雜志上發表論文100余篇，申報專利10件。

Energy status regulated umami compound metabolism in harvested shiitake mushrooms (Lentinus edodes) with spores triggered to release

Rongrong Xiaa,1. Xuemei Zhaoa,b,1. Guang Xina,1.*, Libin Suna, Heran Xua, Zhenshan Houa, Yunting Lia, Yafei Wanga

a College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866. China

b Sichuan national inspection and Testing Co., Ltd., Luzhou 646000. China

1Authors equally contributed to this work.

*Corresponding author.

Abstract

The molecular mechanisms of energy status related to the umami taste of postharvest shiitake mushrooms during spore release remain poorly understood. In this study, the variations of energy status and umami taste of mushrooms were measured at 25 °C. At 24 h storage, slight spore prints of mushrooms were first pictured, respiration peaked. Significant ATP decrease and ADP increase were also observed as the initiation of postharvest senescence (P < 0.05). Meanwhile, the activities of phosphohexose isomerase, succinate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase and cytochrome c oxidase and the contents of umami nucleotides and amino acids were maintained at higher levels in mushrooms with spore release. Notably, the equivalent umami concentration (EUC) was strongly correlated with energy levels (R = 0.80). Fifteen related gene expression levels in the energy metabolism pathway were downregulated. LecpdP1 and LeAK were significantly expressed in the conversion of ATP into AMP and played key roles in connecting the energy state and umami level. These results provided valuable insights on the umami taste associated with energy metabolism mechanism during postharvest mushroom spore release.

Reference:

XIA R R, ZHAO X M, XIN G, et al. Energy status regulated umami compound metabolism in harvested shiitake mushrooms (Lentinus edodes) with spores triggered to release[J]. Food Science and Human Wellness, 2023. 12(1): 303-311. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.020.