Анализ и модификация центрального углеродного метаболизма Hypsizygus marmoreus для улучшения роста мицелия и повышения урожайности плодовых тел

Hypsizygus marmoreus является одним из основных видов съедобных грибов, выращиваемых в промышленном масштабе, и отличается превосходным вкусом и высокой питательной ценностью. Однако длительный период до сбора урожая, составляющий 130–150 дней, существенно ограничивает возможности его крупномасштабного распространения. Целью настоящего исследования было изучение влияния центрального углеродного метаболизма (CCM) на характеристики роста мицелия и формирование плодовых тел H. marmoreus. Для оценки различий во внутриклеточном углеродном метаболизме в рамках CCM были отобраны девять видов съедобных грибов с различными сроками сбора урожая. Результаты показали, что несбалансированное распределение уровней внутриклеточного углеродного метаболизма в CCM H. marmoreus может быть одним из ключевых факторов, обусловливающих медленный рост мицелия и длительный период до сбора урожая. Дальнейший анализ с использованием трех стратегий — метаболомики, адаптации к различным источникам углерода и химического воздействия — подтвердил, что низкий поток углерода в пентозофосфатный путь (PPP) ограничивал поступление сырьевых материалов и восстановительной силы, тем самым влияя на рост мицелия H. marmoreus. Кроме того, были получены четыре трансформанта с повышенным уровнем экспрессии глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PDH) — ключевого лимитирующего скорость фермента PPP у H. marmoreus. Эти трансформанты характеризовались повышенной секрецией внеклеточного растворимого белка и более высокой скоростью усвоения сахаров, а также улучшенными темпами роста мицелия в субстратных смесях для выращивания в бутылках. Наконец, эксперименты по культивированию показали, что повышение уровня экспрессии G6PDH в PPP H. marmoreus сокращало период созревания плодовых тел примерно на 4–5 дней и увеличивало максимальную урожайность плодовых тел до 574,8 г на пакет, что соответствовало приросту на 7,4%. Исследование продемонстрировало важную роль CCM в росте и развитии мицелия H. marmoreus и позволило получить новые сведения для дальнейшего совершенствования культивирования и селекции съедобных грибов.