食用伞菌海藻糖代谢相关基因调控及生物工程应用

刘建辉，尚晓冬，李亚鹏，赵 妍，谭 琦，*

（1.农业部应用真菌资源与利用重点开放实验室，国家食用菌工程技术研究中心，上海市农业遗传育种重点实验室，上海市农业科学院食用菌研究所，上海201403；2.上海海洋大学食品学院，上海201306）

食用伞菌海藻糖代谢相关基因调控及生物工程应用

刘建辉1，2，尚晓冬1，*，李亚鹏1，2，赵 妍1，谭 琦1，2，*

（1.农业部应用真菌资源与利用重点开放实验室，国家食用菌工程技术研究中心，上海市农业遗传育种重点实验室，上海市农业科学院食用菌研究所，上海201403；2.上海海洋大学食品学院，上海201306）

海藻糖是一种能够在外界胁迫条件下发挥其特殊抗逆保护作用的二糖，广泛分布于古细菌、细菌、真菌及动植物体内。该文对海藻糖的理化性质及其生物学特性作了简要的概述，介绍了食用伞菌中海藻糖合成代谢途径及其相关酶基因调控的研究进展，对食用伞菌中与海藻糖代谢相关酶基因在生物工程中的应用进行了展望。

海藻糖，食用伞菌，代谢，调控，生物工程

海藻糖（α，α-trehalose）由两个α，α-1，1糖苷键连接的葡萄糖单元组成，是一种结构稳定的非还原性双糖，在自然界中分布广泛。在早期人们认为海藻糖只是一种贮藏性糖类，直到1985年，才逐渐发现其具有许多异于其他双糖的特殊作用，海藻糖能够作为一种高效保护物质，帮助细胞成分抵抗外界不利条件，如饥饿、高温、冷冻、干燥、高渗透压、重金属和有毒试剂等。在胁迫条件下，胞内海藻糖含量迅速上升，保护多种生物大分子，从而保护生命本身［1-2］。而无论是生物体内的海藻糖，还是外源性海藻糖，对生物体和生物大分子都有非特异性的保护作用，存在潜在的研究及工业应用价值，因此海藻糖已成为当今国际研究和开发的热点。国外研究较为深入，包括海藻糖的作用机制、代谢调控途径和应用研究等；国内多集中在海藻糖的功能和提取工艺上。然而至今国内外对海藻糖的研究多集中在植物、昆虫、细菌及酵母菌中，而应用于食用伞菌的研究相对较少，主要在白灵侧耳（Pleurotus eryngii var.tuoliensis）［3］、草菇（Volvariella volvacea（Bull.：Fr.）Sing.）［4］、灰树花（Grifola frondosa（Dicks.）Gray）［5］、糙皮侧耳（Pleurotus ostreatusJacq.）［6］、裂褶菌（Schizophyllum commune Fr.）［7］、凤尾菇（Pleurotus sajor-caju（Fr.）Singer）［8］等上有部分报道。食用伞菌正常生长发育过程十分复杂，需要受到外界胁迫刺激及调控，而海藻糖的代谢及相关酶基因调控的研究，对于揭示其生长发育过程中的抗逆机制及对极端环境的适应机制具有重要作用。本文对食用伞菌中海藻糖的代谢途径与相关酶基因调控机制进行了综述，旨在了解其中海藻糖的代谢调控因子及机制，从而为食用伞菌的栽培工艺提供参考，实现其进一步应用。

1 海藻糖的特性

1.1 海藻糖的理化特性

海藻糖是W iggers于1832年从黑麦麦角菌中首次发现的。随后法国化学家Berthelot在小亚细亚沙漠里一种象鼻虫分泌的糖蜜中也发现了该糖，并将其命名为海藻糖［9］。从那以后在大量有机体中都发现了海藻糖的存在，包括嗜极古细菌、细菌、藻类、酵母、丝状真菌、植物、昆虫和其他无脊椎动物。海藻糖由两个吡喃环葡萄糖分子连结而成，是一种稳定的非还原性二糖。1930年Bredereck首先利用核磁共振技术阐明了海藻糖的化学结构，化学名为α-D-吡喃葡萄糖基-α-D吡喃葡萄糖苷（α-D-glucopyranosyl-α-D-glucopyranoside），其分子式为C12H22O11·2H2O，相对分子量为378.33。其分子结构对称，分子结构式如图1所示。

图1 α，α-型海藻糖构象式Fig.1 Structure ofα，α-trehalose

在α-D吡喃葡萄糖中，由一个氧原子和五个碳原子形成一个六元环，这种六元结构是很稳定的。而成环之后在1号位形成了半缩醛羟基，羟基的化学性质非常活泼，通过1，1糖苷键的连接，两个吡喃葡萄糖分子结合成为α，α-海藻糖，因此其理化性质十分稳定，是天然双糖中最稳定的。并且海藻糖无毒性，无色无臭，口感稍带甜味，低热值，具有明显的化学惰性和极强的稳定性。

1.2 海藻糖的生物学作用

早期研究发现，在真菌及其孢子萌发的最初阶段，海藻糖可以作为能量的来源［10］。在昆虫中，海藻糖存在于血液内，作为提供飞行能量的主要糖分［11］。近些年来，有很多研究者认识到许多生物体在外界胁迫条件下（如饥饿、脱水、干旱、高温、冷冻、高渗透性、重金属及有毒试剂等），都能通过调节胞内海藻糖的合成，保护生物体本身，抵御外界不良环境的伤害［12-14］。而且少量外源海藻糖就可显著提高细胞抗胁迫的能力［15］。大量研究结果表明［16］，海藻糖对生物体的这种保护作用主要是由于它可以非特异地稳定细胞内生物膜、蛋白质和核酸等生物大分子的结构。

海藻糖是一种典型的应激代谢产物。当生物体生长环境良好时，体内不积累海藻糖；而当生物体处于胁迫环境时，体内就会迅速积累海藻糖［12，17］，而且这些海藻糖会随着不良环境的解除而被降解。海藻糖合酶基因是继谷氨酸、脯氨酸、甜菜碱合成酶基因之后又一个与抗逆相关的基因［18］。Elena Garre和Em ilia Matallana［19］的研究表明，酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae H.）中存在三种海藻糖酶Nth1p，Nth2p和Ath1p参与细胞内海藻糖的转移，胞内海藻糖有助于盐渗透后细胞的恢复。刘秀明等［3］通过测定白灵侧耳热敏感型菌株和耐热性菌株经高温胁迫后恢复培养期间，菌丝体内海藻糖代谢相关酶活性和基因相对表达量的变化，研究海藻糖代谢途径的应激响应；发现高温胁迫后恢复培养期间，海藻糖含量迅速降至对照水平，合成海藻糖方向海藻糖磷酸化酶（Trehalose phosphorylase，TreP）活性急剧下降，6-磷酸海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase，TPS）活性和6-磷酸海藻糖合成酶基因（tps1）表达量显著增加，降解海藻糖的酶被激活，参与海藻糖的降解。Kong等［20］对白灵侧耳热激后，探究NO对海藻糖积累的调控，结果发现在温度刺激下，杏鲍菇菌丝中海藻糖的积累与外源NO有关，热激可能是通过调控NO的调控途径从而调控海藻糖积累的。

内源性海藻糖在外界胁迫条件下保护生物体起到了关键的作用，而外加的海藻糖对蛋白质、酶与细胞膜等活性物质也均有明显的保护作用［21］。Kong等［20］也证实了通过外源海藻糖处理，可以显著缓解高温胁迫对白灵侧耳的氧化胁迫损伤。刘秀明等［22］通过对外源海藻糖对高温胁迫下白灵侧耳氧化损伤的缓解效应的研究，发现外源海藻糖处理可以显著降低高温胁迫下菌丝体内产生速率、H2O2含量、脂氧合酶（LOX）活性和巴比妥酸盐反应物质（TBARS）含量水平，缓解高温胁迫所引发的氧化损伤；另外，外源海藻糖对超氧化物歧化酶（SOD）活性有保护和提高的作用，对过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性有抑制作用，对过氧化物酶（POD）活性影响不明显。王永红等［4］研究了海藻糖溶液对草菇（Volvariella volvacea（Bull.：Fr.）Sing.）菌种低温保藏的效果，结果表明不耐受低温的草菇菌种在海藻糖溶液的保护下，能够在4～6℃下存活至少8个月以上，而未经海藻糖溶液保护的草菇菌种会自溶而导致死亡；而且经过了海藻糖溶液低温保护的草菇菌种分泌的次生代谢产物及基因指纹图谱都没有发生改变；采用海藻糖溶液保护的草菇菌种，在4～6℃低温下保藏8个月后活化，活化后的菌种采用清水低温保藏，1个月后仍然具有生存活性，并能产生厚垣孢子。

2 食用伞菌海藻糖代谢途径及其相关酶基因调控

虽然海藻糖代谢过程中只涉及到几种代谢产物和相关酶反应，但是其调节和控制机制却是相当的复杂。伞菌中海藻糖的合成途径有两种，一是TPS/TPP途径，另一个是日本学者在担子菌灰树花中发现的TreP途径［5］。

2.1 合成代谢途径及相关酶基因调控

2.1.1 TPS/TPP途径 所谓TPS/TPP途径，是指由6-磷酸海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase，TPS）催化尿苷二磷酸（Uridine Diphosphate，UDP）葡萄糖和6-磷酸葡萄糖合成6-磷酸海藻糖（Trehalose-6-phosphate，T6P），再在6-磷酸海藻糖磷酸酯酶（Trehalose-6-phosphate phosphatase，TPP）作用下，将6-磷酸海藻糖去磷酸化生成海藻糖和无机磷酸的生物学过程［23］，反应式如下：

在单核生物中，编码这些酶的基因只有单一的操纵子，而且在真核生物中是多基因操纵［24］。在真菌体内，6-磷酸海藻糖合成酶（TPS）和6-磷酸海藻糖磷酸酯酶（TPP），两种酶形成了复合物，是由tps1，tps2，tps3和tsl1 4种基因编码形成的复合单元。编码6-磷酸海藻糖合成酶（TPS）和6-磷酸海藻糖磷酸酯酶（TPP）两种酶的基因分别为tps1和tps2。tps1和tps2具有合成海藻糖的催化活性，而tps3和tsl1对于整合海藻糖合成酶复合物和在没有明显酶活时的调控具有重要的作用［25］，即tsl1和tps3编码的蛋白起稳定基因复合体的作用。通过研究6-磷酸海藻糖合成酶（TPS）和6-磷酸海藻糖磷酸酯酶（TPP）的系统发生学关系，发现它们是共同演化的，具有同源性。

6-磷酸海藻糖合成酶（TPS）是反应的关键酶，不仅作为代谢酶也作为压力调控者。除了在海藻糖的生物合成中起作用，TPS也能够控制糖原进入糖酵解和糖诱导的信息传递。许多基因被大量诱导表达是细胞处于逆境时的一个显著特征［26］，通过研究这些基因的启动子发现，至少有一个顺式反应元件存在于启动子中，称之为逆境应答元件（stress responsive element，简称STRE）或热激反应元件（heat shock element，简称HSE），这些元件的核心序列为CCCCT或AGGGG。这些元件会受到转录激活蛋白Msn2p/ Msn4p的正调控［27］。在应激反应中，并不是所有的STRE都参与其中，一般只有一个STRE起作用，并且只有在其他的顺式或反式作用因子的作用下，STRE才能受到Msn2p/Msn4p的正调控。此外，这些顺式或反式作用因子还决定了参与海藻糖代谢途径所需要基因的特异性。张芳［28］通过对南极低温酵母Guehomyces pullulans 17-1菌株中的tps1分析发现，在它的启动子中存在2个HSE和1个STRE应激反应元件的核心序列，所以推测当G.pullulans 17-1菌株处于高温、低温逆境环境时，tps1基因也会被诱导表达，帮助细胞抵御不良环境的影响。

由于在食用菌中关于海藻糖合成酶相关基因的克隆、表达及其调控研究较少，但是通过借鉴酵母菌中的相关研究，也能找到食用菌中代谢调控的研究方向。Fang Zhang等［29］指出，当G.pullulans 17-1菌株处于25℃高温培养下，菌体内海藻糖含量、TPS酶活及tps1基因的相对表达量明显升高；而在10℃低温培养下，菌体内海藻糖含量、TPS酶活及tps1基因的相对表达量比在15℃培养下的菌体低。所以对G.pullulans 17-1菌株来说，海藻糖在抵御高温胁迫时具有重要的作用。Ming-Zhe An等［30］通过构建tps1过表达载体的酒精发酵酵母菌株，在酒精发酵条件下，TPS的活性及海藻糖的含量显著升高，而且生长的临界温度由36℃升高到了42℃，说明tps1基因的过表达对于提高菌株耐热性有显著的影响。在酵母中发现，海藻糖生物合成的中间介质6-磷酸海藻糖，能够调控糖酵解过程中葡萄糖的代谢流［8］。

人们普遍认为，6-磷酸海藻糖合成酶（TPS）是反应的关键，对于6-磷酸海藻糖磷酸酯酶（TPP）的基因表达量、酶性质等的研究还比较少。仅有Sang-Eun Han［31］在研究凤尾菇中海藻糖磷酸化酶时，构建了tps1、tps2突变体及双突变体，结果表明tps1突变体、双突变体在葡萄糖上不能生长；tps2缺失突变体能够在葡萄糖上生长；而拥有空质粒的转化子也不能在葡萄糖上生长。说明只有6-磷酸海藻糖磷酸酯酶（TPP）存在的情况下，是不能利用葡萄糖的。

2.1.2 TreP途径 所谓TreP途径，是由海藻糖磷酸化酶（Trehalose phosphorylase，TreP）催化D-葡萄糖与1-磷酸-α-D葡萄糖合成海藻糖。该反应是可逆性反应。其反应过程如下：

日本学者Saito K从担子菌灰树花中发现了一种新的海藻糖合成酶（Trehalose synthase，TSase），该酶也可特异利用D-葡萄糖与1-磷酸-α-D葡萄糖合成海藻糖［5］。TSase实际上也是一种海藻糖磷酸化酶（TreP），因为它也可以催化上述反应的逆反应，即通过磷酸化作用分解海藻糖。随后研究学者在多种食用真菌中发现此酶，之后便对这种酶的特性进行了进一步研究。

A lexandra Schwarz等［6］研究了糙皮侧耳中海藻糖磷酸化酶的特性及α-α海藻糖合成的应用。通过变性聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）技术，提取自糙皮侧耳的海藻糖磷酸化酶的分子量大约在55ku，分解和合成海藻糖的最适pH分别为6.8和6.2。在缺乏前体物质α-α海藻糖、甘油和聚乙二醇及温度为30℃的情况下，海藻糖磷酸化酶的半衰期（half-life）大约为1h。

Christian EIS等［7］研究了裂褶菌中真菌海藻糖磷酸化酶的动力学机制、反应的pH相关性和一些结构特性。研究发现海藻糖磷酸化酶拥有有序的BiBi动力学机制，即磷酸盐在生成α-α海藻糖之前形成，而α-D-葡萄糖在α-D-1-磷酸葡萄糖之前形成。在高pH及低pH下正反应和逆反应的最大反应速率及催化效率都有所下降，其相对pK值（平衡常数的负对数）分别为7.2～7.8和5.5～6.0。而且每个海藻糖磷酸化酶分子中都含有Mg2+。

Sang-Eun Han［8］对凤尾菇中编码海藻糖磷酸化酶的基因（PsTP）进行了克隆及其特性分析，实验发现该基因能够在子实体的菌丝体、菌盖和菌柄中表达。海藻糖磷酸化作用的最适温度是36℃。PsTP基因能够和酵母菌的tps1，tps2双突变体细胞互补，使他们在葡萄糖培养基中生长，转化了PsTP基因的酵母能够比非转化突变体或转化进空白对照的细胞多产生2～2.5倍的海藻糖。

目前看来，大量对TreP的研究只局限于体外实验，且多数文献致力于研究海藻糖磷酸化酶的代谢途径、酶学性质及反应机制，而关于相关基因的克隆表达、真菌活细胞体内酶的变化及特定条件下相关酶及基因表达的变化情况却鲜有研究，这也是以后的研究方向。

2.2 分解代谢途径及相关酶基因调控

海藻糖的分解代谢途径在真菌尤其是酵母菌中研究得比较透彻。关于海藻糖的合成及分解途径，虽然科学家在自然界各生物体中发现了多种途径，涉及到不同的酶的催化反应；但是，国内外研究成果发现，除了毕赤酵母（Pichia fermentans）是利用海藻糖磷酸化酶分解海藻糖以外，其余所有真菌都是通过海藻糖酶的水解反应分解海藻糖的［32-34］。

海藻糖酶的催化反应过程如下：

真菌中存在两类海藻糖水解酶，即中性海藻糖水解酶（Neutral trehalase，NTH）和酸性水解酶（Acidic trehalase，ATH）［35］。

中性海藻糖酶存在于细胞溶质中，在pH7.0左右具有最大活性。这种酶受到转录水平上葡萄糖抑制的调控，也受一般压力响应途径的调控，是通过Msn2/Msn4转录因子和存在于nth1基因启动子的抗压力元件（STREs）的内在反应实现的［36-37］。自1984年Londesborough J和Varimo K［38］的研究以来，人们认为中性海藻糖水解酶是由nth1和nth2基因编码。然而，近来在细胞外海藻糖存在下，Jules M等［39］描述了酵母中nth2编码的海藻糖酶的活性。也就是说nth2基因也能编码一种功能性的海藻糖酶，而且nth2与nth1有77%的同源性，但nth2所编码蛋白质的功能还不是很明确。Elena Garre和Emilia Matallana［13］研究了酿酒酵母中参与细胞内海藻糖转移的三种海藻糖酶Nth1p，Nth2p和Ath1p，研究发现，所有已知的海藻糖酶都可以参与到细胞内的调动、转移，并影响酵母生长速率。虽然已经检测到了nth2编码的海藻糖酶转录水平的变化，但是海藻糖水平或是中性海藻糖酶活性水平与这些变化无关，其功能性质及基因特性有待进一步研究。

酸性海藻糖酶，由ath1基因编码，在pH 4.5显示出最大活力，而酸性海藻糖酶的位置定位依赖于它的活动情况，早期关于其位置存在争议。典型说法认为是存在于液泡（Vacuole）中，而其他资料表明它定位于周质空间（perip lasm ic space）中［40］。但2007年Huang J［41］通过基因融合到绿色荧光蛋白GFP中的亚细胞定位实验，确定了酸性海藻糖酶位于液泡中。它与中性海藻糖酶不具同源性，但不排除它参与内源性海藻糖的降解。酸性海藻糖酶的活性一般来说不受压力的调控，因为在ath1基因的启动子中缺少STRE序列。

酸性海藻糖和中性海藻糖具有独特和独立的作用，但却都能够参与细胞内海藻糖的调动、转移，所以这两种类型的海藻糖酶共存可能是一个普遍现象，在真菌中积累和分解海藻糖，同时又利用细胞外海藻糖为碳源。

3 相关酶基因的生物工程应用

近年来对于这一具有独特性质的海藻糖，人们的研究逐步深入，对海藻糖的代谢调控机理、生产技术及其应用研究颇为活跃，而且海藻糖相关酶的生物工程（基因的克隆和表达）研究也成为热点。

海藻糖最重要的生物学功能是其抗逆保护作用及能量储备等，为了充分利用这些十分独特的特性，各研究学者从两个方面干扰海藻糖的合成与代谢调控途径，从而实现海藻糖在生物体内的富集，不仅促进海藻糖的生产，还能够利用海藻糖的抗逆功能构建转基因植物。

一方面，是通过对合成海藻糖相关基因的克隆研究，构建其基因表达载体，并将该载体转入生物体内，最终实现海藻糖的富集。而食用伞菌中的海藻糖合成相关酶的基因工程应用近几年不是很多，仅有少数，多数注重于酵母的研究。如徐志祥等［42］通过RT-PCR方法从灰树花菌丝体总RNA中克隆海藻糖合成酶基因，并将其在大肠杆菌中进行表达，酶活性测定发现其表达产物以包涵体形式存在，为低成本合成海藻糖提供了新的思路。因此，利用工程微生物和酶工程方法，能够改进海藻糖的生产，提高质量，降低成本；另外，将合成海藻糖的相关酶基因导入到植物，构建重组抗逆植物，使植物体中积累海藻糖，从而使海藻糖发挥保护功能，能够改良植物的某种不良性状，达到优化育种的效果。Ibolya S等［43］在可干旱诱导的启动子StDS2的驱动下将酵母的tps1基因转入马铃薯得到了两棵转基因植株，结果发现该表达载体在转化植株中仅有很低的tps1基因表达（可能由于染色体位置的作用），但对转化植株观察结果显示这样的表达量足以提高转化植株的抗旱性。转化植株与对照植株相比，萎蔫的时间延长，在CO2的饱和的最大水平上CO2的同化率也显著提高，气孔也有所减少，这足以使转化植株具有较低的CO2固定率和提高抗旱性。张树珍等［44］从担子菌灰树花中克隆海藻糖合成酶基因（TSase）并构建单子叶植物表达载体把它导入甘蔗，为获得含海藻糖的具抗旱力的新品种提供一定的理论基础。王自章等［45］把担子菌灰树花的海藻糖合酶基因（TSase）在由双拷贝CaMV35S启动子驱动下导入甘蔗，发现部分转化植株根叶畸形、株型异常、生长缓慢；移栽到含PEG8000 17.4%（w/v）的MS培养基后，观察到转基因植株抗渗透胁迫能力增强。未来着重研究海藻糖积累与植物生长发育之间的关系，以更好地研究糖与基因表达调控之间的关系，相信通过转化海藻糖合成酶有关基因增加体内海藻糖含量会成为作物抗逆品种选育的新方法。

另一方面就是通过抑制海藻糖酶的生物活性，阻断海藻糖的分解途径，以实现海藻糖在生物体内的富集［46］。山东大学微生物实验室应用分子生物学技术，将酿酒酵母细胞内中性海藻糖酶基因剔除后，中性海藻糖酶活性随即丧失，细胞内海藻糖含量提高至正常水平的3倍，因而改进了海藻糖的发酵生产工艺，提高了海藻糖的产量，促进了海藻糖的生产［47］。

通过对海藻糖代谢途径的研究，可利用超表达或RNA干扰技术等基因工程技术改造菌株，上调或下调海藻糖酶表达，从而下调或上调生物内海藻糖含量，对于提高生物的抗逆性至关重要，是广大微生物工作者的极大期望，并且具有一定的可行性，值得去探索。

4 讨论

由于海藻糖独特的生物学性质以及由此而带来的变革性应用，吸引了人们的广泛研究，包括其性质、作用机制、生产应用等。然而，关于海藻糖在食用伞菌中具体发挥作用的结构特征、代谢途径及其相关酶基因调控的研究、内源性及外源性海藻糖对于食用伞菌生长发育过程中所发挥的作用仍然了解较少，真正应用于生产实践尚处于起步阶段。因此，对海藻糖代谢途径的相关基因及生物工程的研究，在理论及实践上都具有重大意义。

在理论研究方面，海藻糖代谢网络及其相关酶基因调控的研究对于揭示生物抗逆机制及对极端环境的适应机制具有重要价值。食用菌中，大多数菇类子实体的产生都要依靠相应的环境变化刺激，如草菇适合于生长在高温潮湿的环境，要在相对高温、高湿的刺激下才会形成原基、产生子实体，温度变化影响海藻糖含量、相关酶活及相关酶基因的表达量，进而会影响草菇的生物学性状；而且草菇不耐低温，细胞在低温下缺乏对合成不饱和脂肪酸的调节，从而导致低温对其的损害、液化甚至自溶死亡［48］，外源性海藻糖能够延长草菇的保鲜期，是草菇保藏的新方法。本实验室在草菇全基因组测序工作的基础上，对低温处理下草菇菌丝体中海藻糖代谢途径酶的基因表达量进行测定和变化分析，推测海藻糖与草菇抗低温具有一定的相关性，海藻糖在细胞内的积累有利于增强草菇对低温的耐受性。且发现未经外源性海藻糖处理的草菇子实体在4℃贮藏过程中没有显著性伸长，但菇体趋向萎缩塌陷，而外源性海藻糖处理组的子实体各项感官品质降低程度要显著小于对照组，推测海藻糖、甘露醇处理能够在一定程度上延长草菇子实体4℃的贮藏保鲜期［49］。金针菇菌丝生长温度为21～24℃，而原基的形成需要搔菌处理及相应的低温刺激，探究其生长发育期间海藻糖的代谢调控情况，有助于理解金针菇生长发育过程中的能量利用、代谢情况及现原基、子实体生长的作用机制；本实验室根据金针菇的全基因组序列信息，得到海藻糖合成代谢调控途径中涉及的6-磷酸海藻糖酶、6-磷酸海藻糖磷酸酯酶、海藻糖磷酸化酶、中性海藻糖酶和酸性海藻糖基因，目前其表达方面的研究正在进行中。因此，笔者希望通过对金针菇中海藻糖代谢调控的研究，以期揭示其正常生长发育过程中的变化规律，从而进一步指导其栽培工艺。

在应用方面，相关基因的克隆及生物工程应用已显示出明显的经济效益。将海藻糖合成及分解的相关酶基因导入到相关生物体中，不仅能够改进海藻糖生产工艺，还能够获得具有抗逆性的转基因植物。虽然目前尚缺乏对食用伞菌海藻糖代谢网络与其他糖代谢网络的关系、海藻糖基因组水平的系统研究，但可以通过某些伞菌的全基因组及转录组测序工作，在基因水平上对海藻糖合成代谢途径进行研究，通过调控外界胁迫条件，探究其变化机理的综合研究，必然能获得食用伞菌的生长发育调控机制，那么改善栽培工艺、缩短生长周期、提高生产质量也将成为可能。

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Regulation of genes involved in metabolism of trehalose in edible Agaricomycetes and their applications in bioengineering

LIU Jian-hui1，2，SHANG Xiao-dong1，*，LIYa-peng1，2，ZHAO Yan1，TAN Qi1，2，*
（1.Key Laboratory of Applied Mycological Resources and Utilization，Ministry of Agriculture，National Engineering Research Center of Edible Fungi，Shanghai Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding，Institute of Edible Fungi，SAAS，Shanghai201403，China；2.College of Food Science，Shanghai Ocean University，Shanghai201306，China）

Trehalose，as a unique disaccharide，plays special protective role against external stress conditionsand was widely distributed in archaea，bacteria，fungi，plants and animals. In this review，the physicochemicalproperties and biological characteristics of trehalose were introduced briefly and the metabolic pathways oftrehalose biosynthesis and catabolism in edible Agaricomycetes were summarized. In addition，the researchprogress of the regulation of trehalose metabolism-related enzyme genes was described in details. Thebioengineering applications of trehalose metabolism-related genes in edible Agaricomycetes were alsodiscussed.

trehelose；edible Agaricomycetes；metabolism；regulation；bioengineering

TS201.1

A

1002-0306（2015）08-0374-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.08.070

2014－07－18

刘建辉（1991-），女，硕士研究生，研究方向：食药用菌遗传与育种。

*通讯作者：谭琦（1963-），女，博士，研究员，研究方向：食用菌遗传育种。尚晓冬（1973-），男，博士，研究员，研究方向：食用真菌栽培育种，食用菌菌种、产品质量检测方法探索研究。

国家科技支撑项目“食用菌新品种培育及制种关键技术研究”（2013BAD16B02）；上海市科技人才计划项目（13XD1424700）资助。