草菇（Volvariella volvacea）是一种典型的草腐生食用菌,也是一种常见的菌类蔬菜。然而在生产栽培中,有两大问题制约着草菇产业的发展:第一,生物学效率低;第二,易开伞,货架期短。生物学效率低,主要与草菇降解基质稻草有关,而基质降解又主要是由碳水化合物活性酶（Carbohydrate-active enzymes,CAZy）来完成。而草菇易开伞主要原因是草菇从蛋形期到伸长期转变时,菌柄在极短时间内迅速伸长,从而突破外菌膜,继而菌盖展开,商品价值下降。菌柄的伸长离不开菌柄细胞壁结构的重建,因此CAZy酶（如葡聚糖酶、几丁质酶等）也是菌柄伸长的最终执行者。草菇生活史可分为菌丝体阶段和子实体阶段,这两个阶段均与CAZy家族基因密切相关。因此,本论文主要研究草菇在降解稻草和菌柄伸长过程中CAZy家族的表达及相关代谢调控。1.草菇在稻草诱导下CAZy家族的响应表达与降解模型初步构建基质降解是一个复杂的过程,本研究主要集中在:稻草诱导草菇后哪些CAZy家族基因特异性上调表达;其中哪些CAZy酶特异性分泌到胞外;面对复杂成分的稻草不同酶系之间、酶蛋白与其他辅助蛋白之间是如何协同作用;这些特异表达基因受到哪些转录调控;及整个降解过程中降解酶和营养分子特异的运输蛋白等等。通过对降解过程这几个重要环节相关基因和酶蛋白的鉴定,初步构建了降解稻草的基本模型。具体内容包括:（1）草菇CAZy家族的全基因组注释与比较通过对草菇进行CAZy家族基因注释,得到草菇全基因组共有540个CAZy基因,其中GH（Glycoside Hydrolase）家族基因数量最多（216个）,其次是AA（Auxiliary Activitie）家族（110个）。比较40种已测序真菌的CAZy家族基因数量并进行聚类,结果与真菌在生态系统中的角色分类基本吻合:草菇与灰盖鬼伞Coprinopsis cinerea聚为一簇,同属非木质降解的腐生生物（Non-wood decay saprotroph）,二者介于木腐生菌中的白腐菌和褐腐菌之间。（2）草菇木质纤维素降解酶编码CAZy基因的筛选根据CAZy各家族蛋白的活性与作用底物,筛选出草菇有（半）纤维素和木质素降解酶基因分别为130个和78个。130个（半）纤维素降解酶基因数量在40种木质纤维素降解菌中排名第一,分布在16个CAZy家族中,其中AA9家族数量最多（32个）;其次是GH5和GH10两个家族（各有20个）。AA9家族蛋白通过氧化裂解的方式来降解纤维素;而GH5和GH10家族蛋白主要以内切方式来水解纤维素和半纤维素。（3）草菇响应稻草诱导向胞外特异分泌多种CAZy酶蛋白首先采用胞外酶活测定的方法,对高效诱导草菇CAZy酶（主要针对木质纤维素降解酶）基质进行筛选。结果显示稻草在1 1种不同诱导物中诱导能力最强。进一步对稻草诱导草菇菌丝发酵液中的分泌蛋白进行质谱鉴定,鉴定出稻草特异性诱导分泌31 1个蛋白,133个属于CAZy酶蛋白,其中AA9家族（21个）和GH10家族（10个）的酶蛋白数量最多,主要降解纤维素与半纤维素。（4）草菇在稻草诱导下CAZy家族基因呈现不同的表达模式针对以上稻草诱导草菇的菌丝体分别进行转录组和蛋白质组测序,检测稻草诱导草菇全体CAZy家族基因的表达情况。进一步对草菇（半）纤维素降解酶基因的表达模式进行转录组和蛋白质组数据相关性的分析,两者显示出较高的一致性。根据表达模式的不同将（半）纤维素降解酶CAZy基因分为四种类型:诱导显著上调表达型（25个）、恒定高表达型（16个）、无差异低表达型（86个）和诱导显著下调表达型（3个）。进一步选择纤维素降解酶基因最多的AA9家族基因（32个）,进行定量PCR验证。结果显示定量PCR、转录组和蛋白质组三者数据一致性较好。AA9家族的32条基因表达模式也不相同,同样可以划分到以上四个类型中:诱导显著上调表达型（12个）、恒定高表达型（3个）、无差异低表达型（15个）,还有一个基因没有检测到表达。AA9家族中没有显著下调表达基因。（5）初步构建草菇降解稻草的分子机理模型鉴定出稻草诱导草菇的转录组、胞内蛋白质组、胞外分泌质谱三者表达一致且特异上调表达的重要基因和蛋白,包括:29个胞外分泌CAZy酶（又分为:1 1个基本表达型/组成型酶和18个诱导表达型酶）、11个膜转运蛋白（4个ABC转运蛋白和7个MFS转运蛋白）和3个特异转录因子,他们是草菇降解稻草的重要组成部分,并据此初步构建了草菇降解稻草的分子机理模型。2.草菇菌柄伸长中CAZy家族的表达分析与相关代谢调控本研究第二部分是关于草菇菌柄伸长中CAZy家族的鉴定、表达分析与相关代谢调控。菌柄迅速伸长是草菇子实体阶段最为显著的特征。首先通过表达谱数据筛选在菌柄伸长中起重要作用的CAZy家族基因,并选取部分进行鉴定和具体在菌柄伸长中所起分子功能的分析;进而分析草菇整个菌柄发育过程中代谢活动的转变与相关调控因子,初步构建了草菇菌柄伸长的分子调控机理模型。具体内容包括:（1）草菇菌柄伸长中重要CAZy基因的筛选与鉴定利用草菇菌柄不同发育阶段表达谱数据筛选得到16个在菌柄伸长阶段显著上调高表达的CAZy酶基因,并选择其中表达量最高的GH55家族外切-β-1,3-葡聚糖酶基因进行深入分析,发现该基因的表达量与菌柄组织部位伸长呈正相关,且编码酶蛋白可以降解细胞壁中的葡聚糖,参与菌柄细胞壁结构的重建,从而在菌柄迅速伸长过程中起到执行者角色。其余15个CAZy基因编码蛋白包括几丁质酶、纤维素酶和木质素酶等,其中有9个预测有信号肽或跨膜结构,有可能同样作用于细胞壁,通过对细胞壁结构的裂解和重建在菌柄迅速伸长中起作用。（2）初步解析草菇菌柄伸长过程的代谢转变调控机理通过对草菇菌柄发育过程差异表达基因的功能富集,发现菌柄伸长过程中从蛋形期到伸长期,细胞周期代谢活性发生了较大的下调转变,进一步对该代谢途径参与基因以及调控因子进行定量PCR验证,确认菌柄迅速伸长时伴随着细胞分裂活动的减弱。并且还鉴定到共21个调控细胞分裂代谢过程转变的转录因子以及可能调控菌柄细胞伸长的调控因子。综合所有伞菌菌柄伸长的研究,得出菌柄伸长是菌柄细胞纵向伸长的结果,并伴随菌柄细胞有丝分裂活动的减弱。综上所述,初步构建出草菇菌柄伸长的分子机理模型。