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我校應用真菌團隊在香菇羣體遺傳研究中取得重要進展

核心提示: 近日,我校植物科學技術學院邊銀丙教授領銜的研究團隊首次使用羣體基因組方法探究了具有重要經濟價值食用菌的進化史,解析了香菇適應性進化的遺傳基礎,研究結果將為香菇優良品種選育提供重要的參考依據。

南湖新聞網(通訊員 沈楠)近日,我校植物科學技術學院邊銀丙教授領銜的研究團隊首次使用羣體基因組方法探究了具有重要經濟價值食用菌的進化史,解析了香菇適應性進化的遺傳基礎,研究結果將為香菇優良品種選育提供重要的參考依據。相關研究成果以“Population genomics provides insights into the genetic basis of adaptive evolution in the mushroom-forming fungus Lentinula edodes”為題在Journal of Advanced Research發表。

香菇是全球最重要的食用菌,產量佔世界栽培食用菌總產量的22%,居各種類首位。生態適應和人工選擇都可推動香菇基因組的進化,但其表型-基因型-適應性之間的聯繫尚不明確。研究團隊基於133個香菇菌株,開展了基因組重測序和栽培試驗。羣體基因組研究將供試菌株分為3個亞羣,亞羣間具有顯著的地理分佈特徵、表型分化和温度響應差異。3個亞羣獨立分化於36,871世代以前,現代香菇栽培品種可能起源於我國東北附近地區。

圖1 香菇羣體結構與分化

圖1 香菇羣體結構與分化

結合基因組掃描和全基因組關聯分析,研究團隊發現了大量與羣體間遺傳和表型分化相關的候選基因。其中,環境響應、信號轉導、轉錄調控、細胞週期調控、真菌細胞壁重塑、蛋白質降解以及代謝和運輸相關功能基因尤為重要。結合子實體發育的轉錄組研究發現,相當一部分羣體分化相關基因參與了子實體發育的過程。進一步,研究團隊構建了香菇適應性進化過程中遺傳和表型分化的模型。研究結果表明,對當地環境,特別是温度的適應引發了香菇羣體的遺傳和表型分化。

圖2 適應進化過程中香菇遺傳和表型分化模型

圖2 適應進化過程中香菇遺傳和表型分化模型

今年3月,研究團隊還結合基因組、遺傳和表型數據,解析了香菇子實體相關性狀的遺傳基礎,深化了對蘑菇形成真菌子實體發育的認識水平,以“RNA-Seq-based high-resolution linkage map reveals the genetic architecture of fruiting body development in shiitake mushroom, Lentinula edodes”為題的研究成果在線發表於Computational and Structural Biotechnology Journal雜誌。研究團隊構建了香菇的超高密度遺傳連鎖圖,定位了29個與子實體相關性狀關聯的QTLs, 以及3個基因組熱點區域。利用meta-QTL分析,檢測到7個多效性QTLs,他們調控子實體相關性狀間的表型相關。進一步,挖掘出33個調控子實體發育的重要候選基因。

圖3 香菇子實體發育相關性狀的遺傳基礎解析

圖3 香菇子實體發育相關性狀的遺傳基礎解析

張荊城碩士和博士生沈楠為Journal of Advanced Research文章的第一作者,張琳碩士和龔文兵博士為Computational and Structural Biotechnology Journal文章的第一作者,通訊作者為肖揚副教授。香港中文大學關海山教授團隊,美國克拉克大學David Hibbett教授團隊,以及美國能源部聯合基因組研究所Igor Grigoriev教授團隊參與了部分研究工作。相關研究獲得了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和湖北省重點研發計劃等項目的資助。

審核人:邊銀丙

論文鏈接

//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123221001892

//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S200103702100088X?via%3Dihub

責任編輯:徐行 穆庚辰