近日，华中农业大学植物科学技术学院边银丙教授领衔的研究团队首次使用群体基因组方法探究了具有重要经济价值食用菌的进化史，解析了香菇适应性进化的遗传基础，研究结果将为香菇优良品种选育提供重要的参考依据。相关研究成果以“Population genomics provides insights into the genetic basis of adaptive evolution in the mushroom-forming fungus Lentinula edodes”为题在Journal of Advanced Research发表。
香菇是全球最重要的食用菌，产量占世界栽培食用菌总产量的22%，居各种类首位。生态适应和人工选择都可推动香菇基因组的进化，但其表型-基因型-适应性之间的联系尚不明确。研究团队基于133个香菇菌株，开展了基因组重测序和栽培试验。群体基因组研究将供试菌株分为3个亚群，亚群间具有显著的地理分布特征、表型分化和温度响应差异。3个亚群独立分化于36,871世代以前，现代香菇栽培品种可能起源于我国东北附近地区。
图1 香菇群体结构与分化
结合基因组扫描和全基因组关联分析，研究团队发现了大量与群体间遗传和表型分化相关的候选基因。其中，环境响应、信号转导、转录调控、细胞周期调控、真菌细胞壁重塑、蛋白质降解以及代谢和运输相关功能基因尤为重要。结合子实体发育的转录组研究发现，相当一部分群体分化相关基因参与了子实体发育的过程。进一步，研究团队构建了香菇适应性进化过程中遗传和表型分化的模型。研究结果表明，对当地环境，特别是温度的适应引发了香菇群体的遗传和表型分化。
图2 适应进化过程中香菇遗传和表型分化模型
今年3月，研究团队还结合基因组、遗传和表型数据，解析了香菇子实体相关性状的遗传基础，深化了对蘑菇形成真菌子实体发育的认识水平，以“RNA-Seq-based high-resolution linkage map reveals the genetic architecture of fruiting body development in shiitake mushroom, Lentinula edodes”为题的研究成果在线发表于Computational and Structural Biotechnology Journal杂志。研究团队构建了香菇的超高密度遗传连锁图，定位了29个与子实体相关性状关联的QTLs, 以及3个基因组热点区域。利用meta-QTL分析，检测到7个多效性QTLs，他们调控子实体相关性状间的表型相关。进一步，挖掘出33个调控子实体发育的重要候选基因。
图3 香菇子实体发育相关性状的遗传基础解析
张荆城硕士和博士生沈楠为Journal of Advanced Research文章的第一作者，张琳硕士和龚文兵博士为Computational and Structural Biotechnology Journal文章的第一作者，通讯作者为肖扬副教授。香港中文大学关海山教授团队，美国克拉克大学David Hibbett教授团队，以及美国能源部联合基因组研究所Igor Grigoriev教授团队参与了部分研究工作。相关研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划和湖北省重点研发计划等项目的资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123221001892
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S200103702100088X?via%3Dihub
日期：2021-10-11
