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近日，皇家娱乐城 植物保护研究所食用菌研究团队联合牡丹江师范学院等单位，在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（JCR Q1区，IF=8.5）发表了题为“Genome-wide identification and expression profiles of the superoxide dismutase (SOD) genes in Lentinula edodes” 的研究论文。该研究首次对香菇超氧化物歧化酶（SOD）基因家族进行了全基因组水平的系统鉴定与功能解析，为揭示香菇应对氧化应激和极端环境的分子机制提供了关键理论依据，也为食用菌抗逆育种提供了重要基因资源。

作为一种兼具极高营养价值与经济价值的食用菌，香菇（Lentinula edodes）是全球栽培范围最广的食用真菌之一，我国更是其最大生产国。在香菇栽培过程中，高温、氧化等非生物胁迫常导致其细胞内活性氧（ROS）大量积累，引发膜脂过氧化、生物大分子损伤，严重影响菌丝生长、子实体发育及产量品质。超氧化物歧化酶（SOD）作为生物体内清除ROS的核心抗氧化酶，能将超氧阴离子自由基歧化为过氧化氢和氧气，是抵御氧化损伤的“第一道防线”。然而，此前学界对香菇SOD基因家族的成员组成、进化特征及应激响应机制尚未开展系统研究，制约了香菇抗逆分子育种的进程。

为填补这一研究空白，团队以香菇主栽品种L0912的两个单倍体菌株SP3和SP30为研究对象，通过同源比对与隐马尔可夫模型（HMM）搜索，成功鉴定出3个具有SOD结构域的基因（LeSOD1、LeSOD2和LeSOD3）。分子进化分析显示，所有LeSOD基因均属于Mn-SOD亚型，且香菇基因组中未检测到Cu/Zn-SOD同源序列 —— 这一发现揭示了香菇在长期进化过程中可能通过Mn-SOD家族的功能特化，弥补了Cu/Zn-SOD缺失带来的抗氧化功能缺口，为理解真菌抗氧化系统的进化多样性提供了新视角。

进一步的功能研究表明，3个LeSOD基因在亚细胞定位、表达模式及应激响应中呈现显著的功能分化：1）亚细胞定位差异：LeSOD1含N端线粒体靶向信号，定位于线粒体（ROS主要产生场所）；LeSOD2含C端过氧化物酶体靶向序列（-SKL），主要分布于过氧化物酶体；LeSOD3则兼具线粒体与胞外定位特征，可能参与胞内外双重抗氧化防御。2）发育阶段特异性表达：在香菇子实体发育过程中，LeSOD1 在原基形成期和幼菇阶段高表达，为早期组织分化提供氧化保护；LeSOD2 则在成熟期子实体的菌褶中表达量显著升高，可能与孢子形成过程中的ROS 清除相关；LeSOD3整体表达水平较低，但与LeSOD1的表达模式更为相近。3）非生物胁迫响应分化：通过转录组测序与 qRT-PCR 验证发现，LeSOD1 对高温胁迫（35℃）表现出强响应，处理 24 小时后表达量较对照（22℃）提升 3.9 倍，且其表达趋势与香菇菌丝 SOD 酶活性变化高度一致，证实其是高温下线粒体 ROS 清除的关键基因；LeSOD2 则对过氧化氢（H₂O₂）胁迫表现出 “先抑制后诱导” 的双相响应，在 H₂O₂处理 24 小时后表达量上调 2.7 倍，可有效缓解氧化损伤；LeSOD3 对上述胁迫均无显著响应，推测其可能承担基础抗氧化功能或者有其他生物学功能。

此外，团队还对 LeSOD 基因启动子区域的顺式作用元件进行了解析，发现其包含大量与激素响应（茉莉酸、脱落酸）、光信号及多胁迫诱导相关的调控元件，暗示 LeSOD 基因可能通过整合环境信号与内源激素通路，协同调控香菇的抗逆反应。这些研究结果不仅阐明了香菇 SOD 基因家族的功能多样性，更为通过基因编辑、分子标记辅助育种等手段改良香菇抗逆性提供了明确的靶点基因。

皇家娱乐城 植保所和牡丹江师范学院联合培养硕士研究生于鹏雁为该论文的第一作者，皇家娱乐城 植保所范阳阳博士、王守现研究员与牡丹江师范学院宗宪春教授共同担任通讯作者。内蒙古农业大学本科生马畅、皇家娱乐城 植保所高琪副研究员、严冬副研究员、刘媛媛博士、刘宇研究员，以及加拿大麦克马斯特大学徐建平教授参与了部分研究工作。研究得到皇家娱乐城 青年基金（QNJJ202317）、皇家娱乐城 科技创新计划（KJCX20251102）及国家自然科学基金（32300439、32402646）等项目的联合资助。

全文链接：//doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.147032

图1 伞菌目物种超氧化物歧化酶序列的系统发育分析

图2 香菇SOD基因在高温胁迫下的表达模式