生物反应器是指利用生物系统大规模生产有重要商业价值的外源蛋白，并将其应用于医疗保健和科学研究中。近年来，随着植物反应器研究领域的不断扩大，食用菌因其特有的性质也被应用到反应器中。随着高等生物分子生物学的发展和基因工程技术应用成功，许多科学家开始致力于食用菌遗传转化研究，在理论和应用上均取得了较大进展。
大量药理和临床实验已经证明多数食用菌不仅有食用价值，其药用价值也十分可观[1]。1991年世界首例双孢蘑菇（Agaricus bisporus）转化成功，标志着食用菌作为生物反应器的开始[2]。双孢蘑菇、平菇（Pleurotus ostreatus）、草菇（Volvariella volvacea）、杨树菇（Agrocybe aegerita）和香菇（Lentinula edodes）等食用菌遗传转化试验的成功为食用菌生物反应器的发展奠定了更加坚实的基础[3]。基于生物反应器领域的快速发展，本实验室开展了以食用菌作为生物反应器的研究，主要是通过菌丝体表达系统生产成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）等各种生长因子类药物，目前已经取得一定进展。笔者主要结合本实验室的相关工作对食用菌生物反应器的研究现状进行了综述。
1 概述
1982年首次成功地利用细菌作为反应器生产出了胰岛素[4]。1989年哺乳动物抗体在转基因植物中表达成功[5]。但因依赖微生物和动物生物反应器生产的外源蛋白成本高、安全性较差；植物生物反应器又具有潜在的破坏生态环境的危险性[6]，因此近年来许多科学家开始致力于食用菌基因工程的研究。食用菌生物反应器即利用食用菌作为新的基因工程的受体，生产人们所期望的外源蛋白，其主要特点是食用菌安全可食用且具有很强的外源蛋白分泌能力，基因组较小易于进行基因操作[7]。利用食用菌作为新的受体菌表达外源蛋白将更安全，产物更易于纯化，细菌作为生物反应器时，不能对真核生物的蛋白进行有效的翻译后加工，且本身可能是人类病原物。动物作为生物反应器时，在细胞培养过程中可能感染动物病毒而对人类健康造成潜在危害[8]，而利用食用菌作为反应器可以克服上述缺点。利用食用菌反应器易大规模生产来自动物、人类、细菌、病毒等的外源蛋白，成本低廉。微生物发酵常需要较大的设备投资，在发酵过程中常产生包涵体，而将其重新溶解并折叠成天然蛋白质需很高的成本[9]。
2 食用菌遗传转化系统的研究现状
2.1遗传转化方法
用于转化丝状真菌的方法现已应用到大型真菌中，表1列举了5种被成功地应用于食用菌遗传转化系统的方法，表2列举了各种不同遗传转化方法之间的区别。
2.2启动子
启动子是控制基因转录的上游元件，而转录调控是基因表达最为重要的一环，因此启动子是转化系统的重要成分。目前在食用菌转化领域对启动子的研究主要集中于强启动子和同源启动子。而同源启动子的使用则会有利于宿主细胞RNA聚合酶识别，提高转化效率[19]。CHEN等[19]在转化双孢蘑菇时，分别使用了双孢蘑菇的gpd (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogen-ase)启动子、构巢曲霉的gpd启动子、花椰菜病毒的35s启动子，转化率分别为15%、1%和0%，这说明同源启动子有利于转化。
目前食用菌遗传转化使用的启动子主要有ras和gpd。食用菌的ras基因最早是从香菇中分离得到[24]，香菇的ras基因编码217个氨基酸，能激活腺苷酸环化酶，参与调节细胞循环中的cAMP水平，在香菇菌丝生长和子实体形成过程中有很高的转录水平。ras基因启动子含有1个CAAT盒、1个CACCC盒和2个连续的CACCC盒及CT丰富区[30]。用该启动子构建的载体已经用于糙皮侧耳（Pleurotus ostreatus） [31]、灰盖鬼伞（Coprinus cinereus）[32]、香菇 [23]、平菇 [33]的转化，获得了潮霉素抗性转化子，首例成功转化的香菇也是使用的该启动子。结果证明ras启动子具有较强的调控外源基因表达的作用。gpd基因是糖酵解途径的关键酶，它的调控序列(即gpd启动子)具有很强的调控异源基因表达的作用，最早从酵母中分离得到 [34]。gpd启动子富含CT序列，并具有CAAT和TATA盒[35]，已成功用于糙皮侧耳[36]、草菇[11]、灵芝[34]、银耳[14]、香菇[29]的外源基因的转化，并己被证明有很强的调控外源基因表达的作用。最近HIRANO等[37]从香菇中分离出了gpd基因作为香菇外源基因表达的同源启动子，实验结果表明，gpd启动子比ras启动子具有更强的调控外源基因表达的能力。
2.3筛选标记
筛选标记的功能是在选择压力下把转化体选择出来。食用菌遗传转化所用的筛选标记可归纳为4种类型。①营养缺陷型标记，它的优点是能引导载体质粒整合到染色体的同源部位，且转化成本低，易于选择。缺点是易产生回复突变，并且需要分离相应的营养缺陷型作受体，如草菇、糙皮侧耳很少拥有营养缺陷的突变型菌株[38]。因此，这种筛选标记在食用菌上的应用不普遍。②抗生素抗性标记，此种标记避免了上述缺点，它包括潮霉素B抗性、卡那霉素抗性等[38]。目前，食用菌遗传转化上使用的主要抗生素抗性筛选标记是潮霉素B抗性基因。③除草剂和杀菌剂抗性筛选标记，这两种筛选标记在食用菌转化上也有一些报道，如Bialaphos抗性基因(bar)、杀菌剂Carboxin抗性基因(CbxR)[39]。Bialaphos或PPT抗性和杀菌剂Carboxin抗性可作为一些食用菌对抗生素不敏感的筛选标记，如糙皮侧耳、草菇对潮霉素不敏感[40]。④代谢产物抗性筛选标记，这是一种新的筛选标记。这种标记可以克服某些食用菌对抗生素不敏感或抗生素和除草剂作为筛选标记时对食用菌有毒性的缺点，把外源的功能基因转入受体并在受体中表达[12]。
2.4存在问题
目前在食用菌的遗传转化研究中存在问题主要有：①假阳性菌落的干扰；②外源DNA整合率低；③表达率低；④转化子不稳定[8]。其中主要问题是低整合率和低表达率。目前主要的大型食用菌，如金针菇、猴头和木耳等还未建立稳定的转化体系。
3 展望
目前本实验室选用了金针菇、猴头、灵芝等食用菌生产FGF等生长因子类药物，现阶段转化方法主要采用农杆菌介导法，已经取得了一定的进展。随着本实验室食用菌遗传转化体系的建立，今后将选择不同的转化方法（如基因枪遗传转化法）等来拓展食用菌生物反应器的研究。
近几年来，食用菌的遗传转化研究无论在遗传转化的方法上，还是在选择筛选标记上均取得了突破性进展。利用食用菌表达的蛋白质易于分离纯化，现使用食用菌为受体菌表达一些高价值的药品、食品专用酶等已被广泛接受。但由于转基因食用菌的稳定性和转基因的生物安全性问题使得转基因食用菌在生产和商业上的推广和应用受到一定的限制。食用菌遗传转化研究开展的较晚，在许多方面落后于植物的遗传转化研究，因此可以尝试将一些成功的植物遗传转化方法应用于食用菌的遗传转化研究中，以求建立无选择标记基因的食用菌基因转化体系。因此，为了建立安全、有效的食用菌生物反应器表达系统，不但要求有更多的创新思维来推进科研工作，而且还需要寻找更适宜的转基因方法和获得更多的投资来更深入挖掘食用菌生物反应器表达外源蛋白的潜力。
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Exogenous Protein Production Using Edible
Fungi as Bioreactors - a Review
LI Wei 1,2， LIU Xiuming1,2， JIANG Ying1,3， DU Meili1,2， ZHU Hailin1,2，
LI Hongzhi4， YU Qinming1,2, LI Haiyan1,2， LI Xiaokun1*
1Ministry of Education Engineering Research Center for Bioreactor and Pharmaceutical Development, Jilin
Agricultural University, Changchun, Jilin 130118, China；2College of Life Sciences, Jilin Agricultural
University, Changchun, Jilin 130118, China； 3College of Chinese Medicinal Material, Jilin Agricultural
University, Changchun, Jilin 130118, China; 4Medicine and Pharmacon Research Center of Mudanjiang
Medical University, Mudanjiang, Heilongjiang 157001, China
Production of exogenous proteins using edible fungi as bioreactors has recently been the focus of considerable research interest. In this review, we describe the special qualities of edible fungi as bioreactors for expressing and producing exogenous protein, and the problems associated with the development of suitable genetic transformation systems. The applied perspectives of these bioreactors are discussed.
Edible fungi； bioreactor； exogenous protein
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