尖顶羊肚菌和冬虫夏草菌基因组图谱构建与比较基因组学研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dianquan999
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
尖顶羊肚菌和冬虫夏草菌是两种具有较高食用和药用价值的子囊菌真菌,长期以来一直占据着国内外高端真菌消费市场。然而,迄今为止,它们大规模的商业化栽培尚未取得完全成功,究其原因主要是由于人们对于它们的营养生态型或者侵染宿主昆虫的真菌致病性认识不太清楚。鉴此,本研究采用高通量测序技术构建了尖顶羊肚菌和冬虫夏草菌的参考基因组图谱,通过比较基因组学分析旨在在基因组水平上分别揭示它们在降解植物细胞壁和侵染宿主昆虫过程中的基因组适应性,为二者的人工栽培提供科学依据。  研究显示,尖顶羊肚菌的基因组大小约为53.49 Mb,一共编码11,110个蛋白编码基因,总长度约占整个基因组的33.48%;相比其它近缘物种(例如块菌),大量与植物细胞壁水解相关的基因家族在尖顶羊肚菌中发生了显著地扩增,可能有助于增强其植物细胞壁的水解能力;进一步对尖顶羊肚菌和其它18个真菌中碳水化合物酶类编码基因的系统研究也支持该观点;尖顶羊肚菌基因组里共发现了183个水平基因转移事件(HGT),数量大约是块菌的2倍左右;对其功能富集分析发现,它们主要参与了代谢过程、糖基水解、辅酶结合、碳水化合物代谢和纤维素代谢等,表明HGT对于尖顶羊肚菌植物细胞壁的降解有一定的促进作用;有趣的是,与以往的研究不同,HGT并没有对尖顶羊肚菌次级代谢产物合成基因拷贝数起到增强作用(P<0.79);取而代之的是,我们发现真菌次级代谢产物的合成能力,与其所处的系统位置、生存环境和细胞复杂程度有着密切的关系;真菌的次级代谢产物基因可能起源于细胞类型更为复杂的多细胞真菌,且在盘菌纲真菌分化的过程中开始大量扩增;通过对尖顶羊肚菌子实体三个不同发育时期的转录组进行研究发现,几乎所有尖顶羊肚菌植物细胞壁水解酶类基因,在尖顶羊肚菌子实体发育的过程中均表现出组成性表达的状态;相比菌柄,植物细胞壁降解酶类基因更加倾向于在菌盖发育初期发生特异性高表达;研究还发现,本研究所测序的尖顶羊肚菌菌株同时包含有两种类型的交配型基因,表明尖顶羊肚菌可能是一种同宗交配型真菌,但仍需进一步在群体水平上以予证实。  冬虫夏草菌是另外一类具有较高药用和科研价值的子囊真菌。我们整合了罗氏454和Illumina Hiseq2000两种测序平台各自的优势,获得了冬虫夏草菌约116.42 Mb的高质量参考基因组序列,Contig N50和Scaffold N50分别约为21 Kb和3 Mb,编码一共7,939个蛋白编码基因;比较基因组学研究表明,伴随着青藏高原的抬升,冬虫夏草菌的重复序列开始大量扩增,最终导致了其基因组相对于近缘物种来说变得异常庞大;有趣的是,与其基因组变大形成鲜明反差的是,冬虫夏草菌的蛋白编码基因正在发生快速丢失,这可能是其具有极高宿主专一性的原因或结果;此外,研究发现大量与真菌致病性、低温响应、蜕皮激素等相关的基因家族在冬虫夏草菌中发生了显著地扩增,可能有助于其完成自身特殊的宿主侵染过程和适应青藏高原高海拔生长环境;正选择分析发现163个基因在冬虫夏草菌进化分支上受到强烈的正选择(P<0.05),它们主要与蛋白激酶、重金属蛋白酶和过氧化物酶等有关;我们在冬虫夏草菌基因组及31个群体数据中均发现了两种类型的交配型基因,表明冬虫夏草菌是一种同宗交配型真菌;结合物种进化树进一步发现,冬虫夏草菌在其进化过程中交配系统曾经历过多次由同宗-异宗-同宗的转换,并最终固定为同宗,这可能是造成其有效群体大小变小的直接原因;对冬虫夏草菌31个代表群体的重测序及分析结果表明,青藏高原上的冬虫夏草菌群体可以按纬度划分为低、中、高三个明显的亚群体;低纬度西藏林芝地区可能是冬虫夏草菌的遗传多样性中心,沿着纬度梯度发生群体分化,由低纬度向高纬度扩散;最后,我们开发了一套生物信息学软件CandiSSR,实验验证其准确度高达90%以上;基于该软件一共在冬虫夏草菌基因组上得到了943个高质量的多态性SSR分子标记。  综上所述,本研究获得了尖顶羊肚菌和冬虫夏草菌高质量的参考基因组序列;通过比较基因组学和比较转录组学等手段,系统地揭示了尖顶羊肚菌植物细胞壁降解及冬虫夏草菌侵染宿主蝠蛾昆虫的真菌致病性和高海拔生态适应性的基因组学基础,无疑为今后尖顶羊肚菌和冬虫夏草的人工栽培、野生真菌资源保护及科学研究提供第一手重要的遗传数据资源。
其他文献
20世纪80年代起,滇池水质开始恶化,尽管实施了一系列综合治理措施,但水质仍不断恶化,富营养化程度加剧。面源污染是促进滇池富营养化发展的重要因素,随着工业污染源和昆明城市生活
随着合成孔径雷达(SAR)技术的发展,通过各种方式得到的数据量越来越大,人工解译已经无法满足SAR图像解译的需求。而且随着SAR图像分辨率达到分米级,也为计算机解译和处理提供了
学位
水稻作为一种重要的粮食作物在全球广泛种植,科学评估转基因水稻的生态风险很有必要。本文通过田间调查和室内分析,研究了转Bar基因抗除草剂籼稻Bar68-1对稻田杂草和节肢动物
学位
本文以基于TMS320DM642 DSP的视频采集处理系统为主要研究对象,设计并实现了具有两路视频信号的采集、处理和一路视频信号的输出等功能的硬件系统,同时完成了部分机器视觉的算
矩量法是分析电磁散射问题最常用的方法之一。矩量法以积分方程为基础,在处理这类问题时有其自身的优势,但生成的阻抗矩阵为稠密阵,存储量级是O(N)。通常使用迭代法求解这样的矩
灌木入侵草本是干旱、半干旱地区草原退化或荒漠化的显著特征。目前国际上多是对热带、亚热带草原灌木入侵的研究,而关于灌草竞争的理论与假说是否适用于温带草原地区还有待
目的:通过体内外实验,探讨骨化三醇(Calcitriol)对实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis,EAE)治疗效果和相关的作用机制。   方法:1、用MOG33
本论文基于全定制设计方式,详细论述了以两级流水线方式工作的8位精简指令集微控制器的设计。文中首先通过对计算机体系结构的介绍尤其是指令系统,引入对MCU的阐述。采用当前
近年来,LCDs得到了迅速的发展,目前LCDs最重要的应用目标是市场巨大的电视显示屏。电视最大的特点就是能实时地传送和再现视频运动图像。但与传统的CRTs相比,LCDs最大的缺点是人