近日，团队在国际著名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（中科院一区，影响因子6.1）上发表题为“Comparative Proteomic Analysis Reveals Candidate Pathways Related to the Effect of Different Light Qualities on the Development of Mycelium and Fruiting Body of Pleurotus ostreatus”的最新研究成果。该研究分别对四种不同光质下平菇菌丝和子实体差异进行了比较蛋白质组学分析（图1）。通过GO 和 KEGG 富集分析，揭示了氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）、蛋白酶体（Proteasome）和 mRNA 监视途径（mRNA surveillance pathways）是平菇光响应最相关的途径。通过 qRT-PCR 也验证白光下白领蛋白WC-1的表达显著增强。此外，研究还发现谷氨酰胺合成酶和醛脱氢酶在光照下也发挥了重要作用。本研究为平菇的光响应机制提供了有价值的见解，为提高平菇的培养以及产量和质量的提高提供重要的分子遗传基础。

图1 本论文工作摘要图

    平菇是全球第二大栽培和消费的食用菌。平菇以其美味和高药用价值而闻名。平菇需要特定的光强度才能产生形状适宜的子实体。光对于菌丝生长不是必需的，但在对子实体的发育产生影响，而子实体阶段又是决定高产优质的关键阶段。之前实验研究发现蓝光会抑制平菇菌丝体的生长，但能促进原基分化以及子实体的生长和发育。关于光对平菇子实体发育影响分子机制的研究有限，尽管已经有通过转录组获得部分研究的报道，但是光照影响平菇菌丝和子实体关键代谢通路和蛋白的研究尚未开展，因此本工作对平菇菌丝体和子实体阶段在不同光质处理下的蛋白质组进行比较分析。

本论文采用白光、红光、蓝光和黑暗处理，观察平菇菌丝和子实体的性状，并取样进行蛋白组测定和比较分析。在白光下菌丝较粗且密集，蓝光下菌丝较为蓬松，红光和黑暗下菌丝较为细长，菌丝聚集现象明显，这表明白光对于菌丝生长和分化都有一定的促进作用。在子实体阶段，红光和黑暗条件下，子实体的菌盖发育明显受到抑制，而白光和蓝光显著促进子实体的发育，尤其是白光已作为平菇工业生产中常用的光源。

图2 不同光照处理下菌丝和子实体的形态

    本文研究了平菇菌丝体和子实体对不同光照质量的蛋白质谱。蛋白质组学数据显示，在光照处理下，蛋白质种类繁多，黑暗组表现出最高丰度的独特蛋白质，其次是白光组，这表明不同的光照会影响特定蛋白质的表达。之后进行对差异表达蛋白进行GO 富集分析和KEGG 富集分析发现，白光诱导的富含差异表达蛋白的大多数GO项和KEGG途径在菌丝体阶段上调，而在子实体阶段主要下调。这一结果表明菌丝体和子实体阶段之间存在不同的生物和代谢模式。

图3 菌丝体和子实体的差异表达蛋白存在显著差异

该研究对不同光照处理下平菇菌丝体和子实体的蛋白质组学特征进行了综合分析。富集分析发现的代谢途径和关键酶，如OXPHOS、蛋白酶体、信使核糖核酸监测途径以及GS和ALDH，深入了解了光诱导对平菇菌丝体和子实体阶段生长的影响机制。在菌丝体和子实体阶段，核糖体（ko03010）途径在白光条件下上调，而在红光和蓝光条件下下调。在所有光照条件下，嘌呤代谢（ko00230）、氧化磷酸化（OXPHOS）（ko00190）和吞噬作用（ko04144）途径在菌丝体阶段上调，在子实体阶段下调。在富集的前20条途径中，OXPHOS（ko00190）和核糖体（ko03010）在所有光照条件中普遍且显著富集。在菌丝期的所有光照条件下，碳代谢（ko01200）途径显著富集，而在子实体期的所有光照条件下，mRNA监测途径（ko03015）、蛋白酶体（ko03050）和RNA转运（ko03013）途径显著富集。还分析了28种在OXPHOS途径中的差异表达蛋白（图4），它们与NADH泛醌氧化还原酶（9种蛋白质）、琥珀酸脱氢酶（1种蛋白质），细胞色素c还原酶（3 种蛋白质）和细胞色素c氧化酶（2种蛋白质）以及ATP合酶（11种基因）、无机二磷酸酶（1种蛋白）和质膜ATP酶（1种基因）有关，这些蛋白在电子传递链和氧化磷酸化中起着关键作用。其中与NADH泛醌氧化还原酶相关的四种蛋白质在所有光照条件下均上调，表明当OXPHOS被光诱导时，电子传输可能增强。然而，在相同的光照条件下，与酰基载体蛋白（ACP）相关的蛋白在菌丝体和子实体阶段表达相反。线粒体中的ACP在脂肪酸合成中起着至关重要的作用，在子实体阶段，白色和蓝光对ACP的下调可能有助于子实体的发育。琥珀酸脱氢酶的琥珀酸脱氢酶复合物D和细胞色素c还原酶的QCR8/QCR9在所有光照处理下，特别是在红光下均下调。  

此外，在TCA循环中，红光诱导的平菇菌丝差异表达蛋白均下调，这表明红光抑制TCA循环。白光和黑暗处理的子实体中的丙酮酸脱氢酶高度上调，这可能促进丙酮酸脱羧产生乙酰辅酶A，从而促进各种代谢途径。，在菌丝阶段，白光和蓝光条件下的大多数ATP合酶的差异表达蛋白比红光上调更为显著，我们推测，红光条件下ATP供应不足，导致平菇产量和大小较差。

图4 光照对OXPHOS代谢途径的影响

光照还影响信使核糖核酸的监测途径（图5），参与细胞信号调节、代谢调节、细胞周期和细胞凋亡等生物过程的蛋白在所有光照中均上调，但在白光和黑暗中最为显著，我们推测白光诱导的该蛋白的高表达促进了细胞内信号传导。此外，两种与外显子连接复合体相关的蛋白质在红光条件下显著下调，这表明红光可能在子实体阶段抑制 mRNA 的稳定性。

图5 光照对信使核糖核酸的影响

本研究还发现，红光显著抑制谷氨酸合成酶和乙醛脱氢酶的表达，并影响相互关联的一系列代谢途径。总之，该研究对不同光照处理下平菇菌丝体和子实体的蛋白质组学特征进行了综合分析。富集分析发现的代谢途径和关键酶，如OXPHOS、蛋白酶体、信使核糖核酸监测途径以及GS和ALDH，深入了解了光诱导对平菇菌丝体和子实体阶段生长的影响机制。尽管在蛋白质组学分析中没有检测到明显差异的光感受器，但在qRT-PCR证实的白光下，WC-1蛋白的表达显著增强。这些发现为进一步研究平菇提供了宝贵的资源，并促进了食用菌栽培技术的进步。

青岛农业大学生命科学学院朱丽萍博士、硕士研究生苏瑶为共同第一作者。青岛农业大学大学于浩副教授和杨松教授为共同通讯作者。青岛农业大学生命科学学院硕士研究生马舒楠、郭立忠教授参与了本工作。该工作得到了山东省应用研究专项(2021ZDSYS28)、国家自然科学基金(31600028)以及青岛农业大学高层次人才基金（663/1118011）的资助。

此前该团队在International Journal of Biological Macromolecules期刊发表了题为Comparative proteomic analysis reveals differential protein expression of Hypsizygus marmoreus in response to different light qualities，该工作使用比较蛋白质组学技术来研究在白光、红光、绿光、蓝光和黑暗条件下生长的白玉菇菌丝体，在3149种已鉴定的白玉菇蛋白质中，发现2288种在所有光照条件下都能表达。与黑暗组相比较，白光组表现出最多的差异表达蛋白。使用GO和KEGG数据库对所有上调和下调的差异表达蛋白进行注释和分析发现光胁迫与初级代谢、糖酵解/糖异生、MAPK、蛋白酶体和碳水化合物活性酶途径有关。这项研究对不同光照在食用菌生长发育中的作用的分子机制提出了有价值的见解。