双孢蘑菇（Agaricus bisporus）是全球最受欢迎的食用真菌之一，因良好口感、高蛋白、低脂肪的营养特点及潜在药用价值，栽培历史已超 300 年。目前全球市场以栽培型为主，但消费者对风味和营养品质的需求不断提升，而野生型与栽培型的风味差异机制尚未明确，成为优质品种人工育种的核心瓶颈。

福建省农业科学院食用菌研究所陈美元团队在国际期刊scientific reports（Q1,IF3.8）发表相关研究，揭示了野生型（W）与栽培型（C）双孢蘑菇风味差异的分子调控通路与关键代谢物，构建基因 - 代谢物关联网络，筛选风味相关的关键基因，为双孢蘑菇风味增强、营养提升的精准育种提供理论依据与分子靶点。

野生型（W）与栽培型（C）双孢蘑菇的总蛋白和氨基酸含量无显著统计学差异。部分菌株（如 C 组的 A325、A319）的氨基酸和蛋白含量略高，W 组的 A409、A408 略高，但整体组间无显著差异，提示传统认为的 “蛋白 / 氨基酸是风味核心驱动因素” 在此不成立，次级代谢物可能是风味差异的关键（图1）。

图 1. 总蛋白与氨基酸含量。总蛋白和氨基酸含量通过热图呈现，颜色越红，代表该代谢物（此处指蛋白或氨基酸）含量越高；颜色越蓝，代表该代谢物含量越低。热图最下方一行代表总蛋白含量。其中，W 表示野生型菌株，C 表示人工栽培型菌株。

转录组学结果：差异基因（DEGs）鉴定与分析

共鉴定出103 个差异表达基因，其中 45 个在 W 组高表达，58 个在 C 组高表达（图 3A）。C 组中高表达的 top2 基因是AGABI2DRAFT_133726（γ- 谷氨酰环转移酶 GGCT） 和AGABI2DRAFT_134468（假设蛋白 AN958_09571） ；W 组中高表达的 top2 基因是AGABI2DRAFT_62224（蛋白二硫键异构酶 PDIA1） 和AGABI2DRAFT_68765（H + 反向转运体） （表 S3）。

关键功能基因与富集分析

核心差异基因：C 组中AGABI2DRAFT_188981 和 AGABI2DRAFT_191000（编码高亲和力蛋氨酸通透酶 MUP1）显著上调。蛋氨酸是含硫氨基酸，是食用菌风味化合物（如硫化物、硫醇）的关键前体，MUP1 可通过调控蛋氨酸的吸收与代谢，间接影响风味物质合成。GO 富集：103 个 DEGs 显著富集于 7 个 GO 条目，包括阳离子运输（GO:0006812）、氨基酸跨膜运输（GO:0003333）、碳水化合物代谢过程（GO:0005975）等，共 16 个 DEGs 参与这些条目（图 3C）。KEGG 富集：显著富集的通路包括磷脂酰肌醇信号系统（ko04070）、肌醇磷酸代谢（ko00562）、果糖和甘露糖代谢（ko00051）等，涉及 AGABI2DRAFT_191352（6 - 磷酸果糖激酶）等关键基因。

图 2. 差异表达基因（DEGs）鉴定。（A）差异表达基因火山图：显著差异表达的基因以红色点（上调）或绿色点（下调）表示。（B）差异表达基因（DEGs）热图：红色和绿色分别代表基因表达上调和下调。（C）16 个富集于 GO 条目（基因本体论条目）的候选差异表达基因（DEGs）：红色和蓝色分别代表基因表达上调和下调。（D）富集于 KEGG 通路（京都基因与基因组百科全书通路）的候选差异表达基因（DEGs）：红色和蓝色分别代表基因表达上调和下调。其中，W 表示野生型菌株，C 表示人工栽培型菌株。

代谢组学结果：差异代谢物鉴定与分析

差异代谢物整体特征

共筛选出44 个差异代谢物，top10 差异代谢物按含量排序为：富马酸、2 - 羟基丁酸、异亮氨酸、苯丙氨酸 1、尿苷 2、脯氨酸、α- 酮戊二酸、缬氨酸、O - 磷酸苏氨酸 1、棕榈酸。差异代谢物显著富集于 5 条通路：三羧酸循环（TCA 循环，ath00020）、丙氨酸 - 天冬氨酸 - 谷氨酸代谢（ath00250）、氨酰 - tRNA 生物合成（ath00970）、缬氨酸 - 亮氨酸 - 异亮氨酸生物合成（ath00290）及降解（ath00280），涉及 α- 酮戊二酸、缬氨酸、富马酸等 5 个关键代谢物。

图 3. 差异代谢物鉴定。（A）差异代谢物火山图：显著差异表达的代谢物以红色点（上调）或绿色点（下调）表示。（B）差异代谢物热图：红色和蓝色分别代表代谢物含量上调和下调。（C）5 个富集于 KEGG 通路的候选差异表达基因（DEGs）：红色和蓝色分别代表基因表达上调和下调。其中，W 表示野生型菌株，C 表示人工栽培型菌株。

通过冗余分析（RDA）构建关联网络，核心关联包括：

AGABI2DRAFT_181624（运输与分解代谢相关基因）与 O - 磷酸苏氨酸 1 呈正相关，该基因通过参与葡萄糖、半乳糖等碳水化合物代谢为双孢蘑菇供能；

AGABI2DRAFT_212894（细胞色素 P450 酶基因）与脯氨酸、尿苷 2、苯丙氨酸 1 相关，细胞色素 P450 酶在真菌天然产物合成中起关键作用；

AGABI2DRAFT_191352（编码 6 - 磷酸果糖激酶 PFK）与 2 - 羟基丁酸呈强正相关（r=0.82，p<0.05） 。PFK 是糖酵解的限速酶，可生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），而 PEP 是多种有机酸的前体，揭示糖酵解通量对风味代谢的直接调控作用。

图 4. 差异表达基因与差异代谢物的冗余分析（RDA）。其中，W 表示野生型菌株，C 表示人工栽培型菌株。

对 AGABI2DRAFT_181624、AGABI2DRAFT_212894、AGABI2DRAFT_191352 三个关键基因进行 qRT-PCR 验证，结果显示三者的表达趋势与转录组数据完全一致，证实转录组测序结果的可靠性。

结论

该研究为双孢蘑菇风味增强型育种提供明确分子靶点，可通过基因编辑或代谢工程调控 AGABI2DRAFT_188981 等基因，优化风味物质合成；揭示了栽培对双孢蘑菇代谢重编程的影响，为优化栽培条件（如底物成分、温湿度）以提升风味和药用价值提供参考；建立的 “转录组 - 代谢组联合分析框架” 可推广至其他食用菌的风味与营养研究，推动食用菌产业的精准发展。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41598-025-95714-3