基于线粒体蛋白组学研究纳米包装处理对金针菇能量代谢的影响及调控机制

Fresh mushrooms (Flammulina velutipes) suffer water loss, cap opening, browning and other deterioration after harvest, leading to unacceptable eating quality and low commercial value. Our previous research demonstrated nanocomposite packaging material could effectively prolong the shelf life and storability of F. velutipes. However, the mechanism behind the effectiveness of nanocomposite packaging treatment on F. velutipes preservation remains unknown. The step-by-step strategy to explain the mechanism is from "induction of different expression of mitochondrial protein", through "regulating energy metabolic pathway", to "strengthening the ability of stress resistance of mushroom fruiting body", thus delaying quality deterioration". Techniques on subcellular proteomics, molecular biology, cell biology and bioinformatics will be applied in this project to 1) study the mitochondrial energy metabolism in F. velutipes during storage period; 2) interpret key response expression profiles of the mitochondrial protein and metabolic pathway; 3) investigate the relationship between mitochondrial energy metabolism and cellular redox equilibrium; 4) reveal the internal mechanism of storability extension of nanocomposite packaging treated F. velutipes. It is anticipated that this project could explain the mechanism and provide technique to delay the quality deterioration of F. velutipes.

新鲜金针菇采收后极易发生失水、开伞、褐变等品质劣变现象，严重影响了金针菇的食用品质和商品价值。申请人前期研究结果证明了纳米包装材料可以显著延长金针菇货架期，保证其营养和风味品质。然而，纳米包装处理对金针菇的保鲜作用机制仍不清楚。针对这一科学问题，本项目以金针菇为研究对象，从“纳米包装保鲜处理→诱导关键蛋白差异表达→调控能量代谢→提高子实体抗逆性→延缓金针菇品质劣变”的角度出发，重点研究贮藏期间纳米包装金针菇细胞线粒体能量代谢规律，利用亚细胞蛋白组学、分子生物学、细胞生物学和生物信息学等研究手段，分析线粒体内差异表达蛋白谱和关键代谢通路，探讨线粒体内与能量代谢相关差异蛋白表达和细胞氧化还原平衡内稳态之间的联系，揭示纳米包装处理对金针菇保鲜作用的内在机制，为金针菇采后品质劣变控制的生物化学基础提供理论依据和技术策略。

新鲜金针菇质地脆嫩、滋味鲜美且营养价值高，但是它采后极易发生品质劣变现象，货架期短。因此，本项目针对上述问题，利用纳米包装对新鲜金针菇采后进行保鲜处理，并从包装内气体组成、自由基代谢、能量水平变化和线粒体差异蛋白组学四个角度揭示了纳米包装对金针菇保鲜作用机制，主要研究结果如下：.（1）纳米包装可以清除乙烯气体，抑制金针菇的呼吸作用，调节贮藏期间包装袋内O2与CO2的比例，防止无氧呼吸伤害，抑制金针菇贮藏期间的失重和褐变现象，延缓金针菇营养物质的降解。.（2）纳米包装可以显著提高贮藏期间金针菇SOD、CAT和POD抗氧化酶活性，减少超氧阴离子和过氧化氢自由基的积累，减少细胞膜脂过氧化水平，维持细胞的完整性和选择透过性功能。.（3）纳米包装可以通过抑制三羧酸循环相关酶活、维持线粒体电子传递链复合体酶高活性及编码线粒体呼吸链关键酶基因高水平表达，维持氧化磷酸化和ATP水平，从而维持金针菇的能量代谢水平，并延缓线粒体内膜损伤所导致细胞的衰老。.（4）通过线粒体蛋白组学结合生物学信息分析，不同包装金针菇采后线粒体内蛋白表达存在显著差异，与普通PE袋相比，纳米袋金针菇贮藏9d和21d共检出显著差异蛋白122个和134个。差异蛋白富集的能量代谢相关生物过程有：碳水化合物分解代谢、细胞醛代谢、谷氨酸分解代谢和谷氨酸生物合成，相对应的分子功能有：醛脱氢酶（NAD）、醛脱氢酶（NAD(P)+）和谷氨酸脱氢酶（NADP+）活性；参与的能量代谢相关途径有：氨基酸代谢、三羧酸循环和丙酮酸代谢。纳米包装能抑制能量代谢途径相关酶，抑制ATP消耗和呼吸代谢，进而维持贮藏期间的能量供应，并能通过维持戊糖磷酸途径供给足够还原力，从而延缓褐变衰老。