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在大部分真核生物中,核糖体DNA(rDNA)都由5S和45S两组多基因家族组成。其在基因组上的不同拷贝往往具有相同或极相似的序列,符合多基因家族的致同进化(concertedevolution)模式。在致同进化模式下,同一物种rDNA序列的相似性要高于不同的物种,亲缘关系越近序列相似性越高。基于以上特点,rDNA的不同区域在系统发育研究中应用广泛,尤其是ITS区,在物种鉴定和较低分类单元水平的系统发育分析中是最为常用的分子标记之一,近年来更是被选为真菌DNA条形码的标准片段。 冬虫夏草(Ophiocordycepssinensis)是一种重要的珍稀食药用菌,价格昂贵。ITS序列在研究其种内遗传分化、有性型无性型关系以及物种鉴定中应用广泛。此前的研究表明冬虫夏草存在多种不同类型的ITS序列,不同类型ITS序列的差异远高于常见的种内变异,且变异不仅发生在可变的ITS1和ITS2区,也发生在高度保守的5.8SrRNA编码区。这些不同类型的序列在前人的研究中被认为是冬虫夏草的隐存种的表现,或冬虫夏草的不同基因型,或是其他真菌的存在。针对这一异常现象,本研究针对不同类型冬虫夏草ITS序列,设计了不同的特异引物,并以冬虫夏草的单子囊孢子分离菌株和组织分离菌株为材料,扩增得到了不同类型的ITS序列。GC含量、5.8SrRNA二级结构及其最低自由能、变异类型、系统发育关系以及5.8SrRNA表达等的分析表明,低GC含量的序列在ITS1、ITS2和5.8SrRNA编码区发生大量G∶C→A∶T转换突变,该类型的序列可鉴定为假基因。在测试的28个菌株中,针对ITS假基因的特异引物在10个菌株上扩增得到ITS假基因序列,包括8个单孢菌株和2个组织分离菌株,而通用引物和针对功能基因的特异引物在所有样品中均能扩增到功能基因,证明不同类型的ITS序列同时存在于冬虫夏草的基因组上。不同类型的ITS序列差异较大,不符合致同进化模式,表现为非致同进化。这一现象不但否定了之前提出的解释冬虫夏草多种ITS类型的冬虫夏草隐存种、其他物种和冬虫夏草不同基因型等假说,同时还表明真菌的rDNA多基因家族并不完全符合致同进化模式,可能还存在其他的分子进化机制。 生死进化(birth-and-deathevolution)是非致同进化的一种,在很多动植物以及真菌物种的5S多基因家族中广泛存在。在动物的45S多基因家族上,这一进化方式也有过报道。为了研究真菌rDNA尤其是45SrDNA多基因家族的分子进化,本研究调查了GenBank数据库中真菌的全基因组数据,在GenBank上,发现包括粗糙脉孢霉(Neurosporacrassa)、蛹虫草(Cordycepsmilitaris)、香柱菌(Epichlo(e))等在内的7种丝状子囊菌可能存在rDNA假基因。对这些真菌的rDNA序列进行GC含量、变异类型、以及序列变异水平等分析的结果表明,在这7种丝状子囊菌的基因组上,存在不同类型的rDNA序列,其中发生一系列转换突变并导致GC含量降低的序列经研究确认为rDNA假基因。进一步的系统发育分析以及序列变异水平分析的结果表明,这7种真菌rDNA的分子进化机制为生死进化,而不是致同进化。生死进化意味着基因的诞生和消亡,通过基因复制可以产生新的基因拷贝,但基因如何消亡和变成假基因的机制尚不明确。对以上7种丝状真菌中的rDNA假基因突变类型的分析结果显示,重复序列诱导的点突变(repeat-inducedpointmutation)是导致rDNA功能序列蜕变为假基因序列的可能机制之一。RIP突变在rDNA假基因化以及真菌rDNA生死进化过程中有着重要的作用。