青藏高原的冬蟲夏草（Ophiocordyceps sinensis）因獨(dú)特的藥用價(jià)值備受關(guān)注，但近年來，牧民為追求高額利潤盲目擴(kuò)大采挖規(guī)模，導(dǎo)致自然草場嚴(yán)重退化、生態(tài)系統(tǒng)紊亂。加之全球變暖影響，冬蟲夏草的自然生存環(huán)境逐漸喪失，產(chǎn)量逐年下降。這一現(xiàn)狀催生了人工栽培冬蟲夏草的研究熱潮，但自然與栽培品在營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)及藥用價(jià)值上存在顯著差異，其獨(dú)特氣味的化學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制亟待揭示。

　　研究團(tuán)隊(duì)于2024年5月20日從四川省阿壩藏族羌族自治州小金縣采購了100份新鮮天然冬蟲夏草，于2024年6月6日從廣東省東莞市東陽光集團(tuán)采購了100份新鮮栽培冬蟲夏草。對自然樣本和栽培樣本分別取子座（上部）和菌核（下部），進(jìn)行揮發(fā)代謝組檢測（HS-SPME-GC/MS）、轉(zhuǎn)錄組測序（Illumina HiSeq 6000）和RT-qPCR分析。

　　栽培冬蟲夏草在總多糖（TPE）、總酚（TPS）、甘露醇和總腺苷（TAE）含量上顯著高于天然冬蟲夏草（圖1），這可能與其生長環(huán)境有關(guān)。相反，天然冬蟲夏草在黃酮類、粗蛋白和總氨基酸含量上更高，顯示出更好的功能成分組成。這些差異表明天然和栽培冬蟲夏草在營養(yǎng)價(jià)值和保健用途上各有特點(diǎn)。

　　通過HS-SPME-GC/MS分析，共檢測到439種VOCs，分為14類（圖2）。酯類化合物占比最高，其次是酮類、烴類和雜環(huán)化合物。這些VOCs在天然和栽培冬蟲夏草中的分布相似，但含量差異顯著，導(dǎo)致不同的氣味感知。通過主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA），發(fā)現(xiàn)不同樣本間的VOCs存在顯著差異（圖3）。

　　基于ROAV值和VIP值篩選，共鑒定出17種KOCs（圖3）。天然冬蟲夏草中10種KOCs富集，形成木質(zhì)、香脂和蘑菇樣氣味；栽培冬蟲夏草中3種KOCs富集，形成果香、花香和漿果香。風(fēng)味組學(xué)分析表明，菌核對魚腥味的特征氣味貢獻(xiàn)大于子座（圖4）。

　　轉(zhuǎn)錄組測序獲得96.62Gb的Clean data，鑒定出9964個(gè)表達(dá)的基因。差異表達(dá)基因（DEGs）分析顯示，天然和栽培冬蟲夏草在單萜類和倍半萜類生物合成途徑中的基因表達(dá)存在顯著差異（圖5）。加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）篩選出49個(gè)與KOCs密切相關(guān)的中心表達(dá)基因（HEGs），這些基因在調(diào)控冬蟲夏草氣味形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用（圖6-7）。

　　研究揭示了冬蟲夏草中單萜類和倍半萜類化合物的生物合成途徑，發(fā)現(xiàn)Farnesy-PP是VOCs生物合成的主要前體物質(zhì)。環(huán)境因素誘導(dǎo)的基因異質(zhì)性表達(dá)，如Zn_clus、psiD、Gpd-2和chol-2等核心基因的調(diào)控，影響了代謝流在單萜類和倍半萜類生物合成中的分配，從而導(dǎo)致天然和栽培冬蟲夏草在氣味上的差異（圖8）。

　　該研究利用高通量測序和代謝組學(xué)技術(shù)，分析了天然和栽培冬蟲夏草的揮發(fā)性化合物（VOCs）差異及其形成機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，天然和栽培冬蟲夏草都擁有類似的魚腥味特征，但其在不同組織中的積累模式存在差異。天然冬蟲夏草的魚腥味主要來自子座，而栽培冬蟲夏草則主要來自菌核。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵揮發(fā)性化合物，如乙酸、異戊酯、1-丁醇等，它們在天然冬蟲夏草中含量更高，形成了木質(zhì)、芳樟木和蘑菇等香味。而栽培冬蟲夏草則富含苯乙烯、異佛爾酮和1-吡咯等化合物，形成了水果、花香和漿果等香味，并帶有類似蜂蜜和玫瑰的甜味。聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組分析揭示了調(diào)控單萜和倍半萜生物合成的核心基因，如Zn_clus、psiD、Gpd-2和chol-2，這些基因的異質(zhì)性積累解釋了魚腥味的形成過程。Kaiyun網(wǎng)站Kaiyun網(wǎng)站