近日，Scientia Horticulturae在线发表了南京财经大学食品科学与工程学院裴斐副教授团队题为Transcriptome analysis reveals the mechanism of caffeic acid-grafted-chitosan/polylactic acid film packaging to delay quality deterioration in postharvest Agaricus bisporus的研究论文。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.111647

研究背景

双孢蘑菇是世界上栽培面积最广、消费量最大的食用菌之一。然而，新鲜双孢蘑菇在采后贮运过程中容易出现失水、开盖、褐变和微生物感染等品质劣变问题，从而严重影响蘑菇的感官品质和商业价值。作者研究团队前期研究证明了自主研发的壳聚糖-咖啡酸/聚乳酸（CA-g-CS/PLA）共聚膜包装可以有效地延迟双孢菇的褐变和腐烂。然而，CA-g-CS/PLA包装延缓双孢蘑菇采后劣变的调控途径尚不明确。细胞膜损伤被认为是果蔬采后质量恶化的关键原因，因此，在这项研究中，以双孢蘑菇采后“细胞膜损伤”为切入点，运用转录组分析技术探索采后双孢蘑菇的质量劣变潜在机制，从而进一步揭示了CA-g-CS/PLA包装延缓采后双孢蘑菇采后劣变的调控途径。

研究结果

新鲜双孢蘑菇采购于当地农贸市场，均为当天清晨新鲜采摘，并在采收1小时内冷藏运输至实验室。4℃预冷24小时后，选取大小相同、成熟度相同、无开伞、病虫害和机械损伤的样品进行实验。选取无虫害和机械损伤的样品，分成三组：（1）聚乙烯（PE）包装，（2）壳聚糖/聚乳酸（CS/PLA）包装和（3）CA-g-CS/PLA包装。完成后，将所有样品置于冰箱（4°C和90%相对湿度）中储藏15天并对对贮藏15天后的不同包装处理的双孢蘑菇进行转录组测序。

1. 不同包装比较组的差异基因的筛选和分析

在本研究中，对三个比较组（CA-g-CS/PLA vs PE、CS/PLA vs PE和CA-g-CS/PLA vs CS/PLA）的差异基因进行了比较分析。结果显示在CA-g-CS/PLA vs PE比较组中有着更多的差异基因数量，这表明CA-g-CS/PLA包装和PE包装的双孢蘑菇之间有着更大的质量差异。同时，火山图显示了每个差异基因的具体表达和分布。结果显示CA-g-CS/PLA vs PE比较组中的差异基因分布更加分散，表明基因之间的差异更明显（图1D，E和F）。我们推测不同包装的双孢蘑菇采后质量差异与这些差异基因涉及的功能密切相关。

图1 CA-g-CS/PLA vs PE比较组（A和D）、CS/PLAvs PE比较组（B和E）以及CA-g-CS/PLAvs PE E比较组（C和F）中的差异基因数量和火山图分布

2. 差异基因的GO富集分析

进一步对CA-g-CS/PLA vs PE比较组的差异基因进行GO富集分析。在生物过程中，上调差异基因主要富集在细胞信号转导和代谢途径中，如对氧化应激的反应、细胞对葡萄糖饥饿的反应和脂质代谢过程（图2A）。下调差异基因与三羧酸（TCA）循环和脂肪酸的β-氧化有关（图2D）。同时，细胞成分中上调差异基因在细胞质、细胞外区域和质膜上富集（图2B），而下调差异基因主要与核糖体和过氧化物酶体相关（图2E）。此外，分子功能中上调的差异基因富集项主要集中在蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性、羧酸跨膜转运体活性和激酶活性（图2C），而下调差异基因主要在跨膜转运体活性、磷酸酶活性和电子传递活性等项目上富集（图2F）。

图2 CA-g-CS/PLA vs PE比较组中上调的差异基因（A、B和C）和下调的差异基因（D、E和F）的GO富集分析

3. 差异基因的KEGG富集分析

CA-g-CS/PLA vs PE比较组的差异基因中主要分布在一些途径中，包括：脂肪酸生物合成（abv00061）、不饱和脂肪酸生物合成（abv01040）、脂肪酸降解（abv00071）、甘油脂代谢（abv00561）和甘油磷脂代谢（abv00564）等脂质代谢的几个阶段。此外，磷酸戊糖途径（abv00030）、糖酵解/葡萄糖生成（abv00010）、柠檬酸循环（TCA循环）（abv00020）和丙酮酸代谢（abv00620）等与能量代谢密切相关的途径也是差异基因主要富集的场所。同时，MAPK信号通路（abv04011）在信号转导中起到了积极的调节作用。最终，CA-g-CS/PLA包装通过调节这些途径中的关键基因的表达，以延缓采后双孢蘑菇细胞膜的损伤。

图3 差异基因的KEGG途径分类（A）和KEGG富集度前20名（B）

4. 差异基因的qRT-PCR的验证

根据KEGG富集的结果，差异基因主要富集在脂质代谢、能量代谢、ROS代谢和MAPK信号通路上。因此，选择与这些途径相关的关键差异基因进行qRT-PCR验证分析。最后，qRT-PCR验证结果与转录组学的结果一致，这证明了CA-g-CS/PLA包装可以通过调控这四个途径中关键基因的表达水平，从而延缓双孢蘑菇采后质量的劣变。

图4 关键差异基因的qRT-PCR验证（*P < 0.05, **P < 0.01 and ***P < 0.001）

5. 相关性分析

为了进一步探索代谢物和基因之间的关系，通过结合O2•−含量和U/S值的数据与转录组数据建立了相关分析。如图5A所示，O2•−含量与参与清除ROS的相关基因（sodC）呈显著负相关。同时，U/S与脂肪酸氧化的相关基因（PXA1、ACX1、SPS19、DCI1和dpp1）呈显著负相关（图5B）。综上，CA-g-CS/PLA包装能通过调控差异基因的表达延缓ROS的积累，提高细胞膜脂不饱和度。

图5 O2•−含量与基因表达的相关性分析（A），U/S值与基因表达的相关性分析（B）。红色表示正相关，蓝色表示负相关（*P＜0.05，**P＜0.01和***P＜0.001）

6. 结论

CA-g-CS/PLA包装可以降低ACX1、sidH、ACAA1、SPS19、DCI1的表达，提高OLE1和CLKR27的表达，从而提高采后双孢蘑菇细胞膜的U/S值，从而改善其细胞膜的流动性。同时，在能量代谢方面，CA-g-CS/PLA包装可以下调TCA循环中的关键基因（CSY3）的表达并上调与糖酵解和磷酸戊糖有关的基因，从而减少采后双孢蘑菇的能量损失和ROS积累。此外，为了维持细胞形态，CA-g-CS/PLA包装上调了MAPK信号通路中的SHO1和wis1的表达，以促进细胞内渗透调节剂的合成，这也在缓解细胞损伤方面起到了关键作用。本研究进一步揭示了CA-g-CS/PLA包装在分子水平上延缓采后双孢蘑菇细胞膜损伤的综合机制，为后续研究提供了理论依据。

图6 CA-g-CS/PLA包装延缓双孢蘑菇细胞膜损伤机制（红色表示上调基因，绿色表示下调基因）

南京财经大学食品科学与工程学院裴斐副教授为该论文通讯作者，硕士研究生周志成为该论文第一作者。该项目得到江苏省自然科学基金（No. BK20201395）和江苏省高等学校重点学科建设（PAPD）的资金支持。

团队或作者（第一或者[和]通讯作者）简介

团队负责人：裴斐，男，博士，南京财经大学副教授，硕士生导师，先后入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才，江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师，南京财经大学青年拔尖人才。相关成果以第一/通讯作者在Food Hydrocolloids、Carbohydrate Polymers、Journal of Agricultural and Food Chemistry等学术期刊发表论文30余篇，获江苏省科技进步一等奖、教育部科技进步二等奖等多项科技成果奖励。

团队研究方向：主要从事农产品贮藏与加工、食品质量与安全等方向研究工作。重点开展食用菌、谷物等农产品的高值化储运、加工技术及其过程精准控制技术研究。

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Scientia Horticulturae属农林科学Top期刊，由Elsevier出版社出版，发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关（栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文，综述和短讯等。CiteScore 影响因子：5.0 2021年中科院期刊分区，中科院大类：农林科学2区，中科院小类：园艺2区，JCR分区：Q1 （5/36 Horticulture）

编辑：裴茂松

审核：郭大龙、裴茂松

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