团队在《J Hazard Mater》发表食用菌绿色生产最新研究成果
2024年7月，团队在食用菌绿色生产研究领域获新进展，相关成果以“Transformation of Antibiotics to Non-toxic and Non-bactericidal Products by Laccases Ensure the Safety of Stropharia rugosoannulata”为题，发表在环境科学与生态学知名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院1区，IF=12.2004）。研究表明即使利用含有高浓度抗生素的畜禽粪便作为原材料栽培大球盖菇，大球盖菇也是安全的没有抗生素污染（没有耐药菌污染），不仅保证了蘑菇的安全，而且可为生物有机肥的生产提供了安全的原材料。
抗生素污染等环境污染引起的食品安全问题，一直是食用菌生产安全的潜在威胁，但这一领域的研究却相当匮乏。草腐菌主要以含有大量抗生素污染的畜禽粪便与秸秆堆肥产生的发酵料为原材料，采用覆土模式进行出菇。因此发酵料、土壤和水体中的抗生素残留会直接接触草腐菌菌丝，促进耐药菌的繁殖，并对蘑菇产品造成潜在危害。大球盖菇（Stropharia rugosoannulata）是世界上继双孢蘑菇和草菇之后的第三种主要草腐菌。郭立忠教授团队在全球首次发布了大球盖菇高质量基因组图谱（J Fungi 2022, 8:99）。本研究中，团队围绕“抗生素是否会对大球盖菇的食品安全产生影响”这一科学问题开展研究。
图1 抗生素暴露对于大球盖菇菌丝的影响以及抗生素的降解
研究表明，当大球盖菇菌丝暴露于环境浓度的四环素下，大球盖菇菌丝的生长并不会受到四环素的影响。大球盖菇菌丝能够降解四环素，从而消除四环素对于菌丝的抑制作用。除四环素外，大球盖菇还能够降解其他四环素类、磺胺类和喹诺酮类的抗生素。
图2 漆酶SrLAC1和SrLAC9降解四环素类、喹诺酮类、磺胺类抗生素。
进一步分析表明，大球盖菇主要通过分泌胞外酶来进行抗生素降解，通过对分泌组学的分析，从大球盖菇上清中筛选到两个漆酶SrLAC1和SrLAC9可能与抗生素的降解有关。进一步，利用毕赤酵母GS115对这两个漆酶进行了异源表达并进行了纯化。SrLAC1和SrLAC9可以降解包括四环素在内的多种抗生素，对于不同抗生素的降解效率按照顺序分别为四环素类>磺胺类>喹诺酮类，木质素降解中间代谢产物丁香酸可以作为mediator促进抗生素降解。分别利用降解前的抗生素和降解后的抗生素培养抗生素敏感菌株和耐药菌株，发现降解后抗生素不能够为耐药菌株提供生长优势，因此这就避免了耐药菌的扩散。
图3 不同地区生产的大球盖菇ARGs检测。
本研究采集了来自于七个省份的大球盖菇，提取子实体基因组之后，对50种常见的耐药基因进行了检测，在所有的样本中均未检测出耐药基因。本研究表明大球盖菇可以通过基质降解酶来分解环境中的抗生素，从而减少耐药细菌（ARBs）和耐药基因（ARGs）的传播，从而确保大球盖菇其作为健康食品的安全性，保证了食用菌的绿色生产过程。
本研究是首次全面系统的阐明了抗生素与草腐菌食品安全之间的关联，以及首次解析了大球盖菇分泌蛋白降解抗生素的分子机理，为食用菌的绿色生产提供了理论依据。本项工作得到了中国海洋大学白洁教授的帮助，青岛农业大学与中国海洋大学联合培养博士研究生赵书雪为论文第一作者，团队成员于浩副教授和胡春辉博士为通讯作者。该研究得到了山东省产业体系食用菌遗传育种岗位（SDAIT-07-02）、山东省重点研发计划（2021ZDSYS28）的共同资助。