捕食线虫真菌交配型基因的功能及遗传多样性 ——以少孢节丛孢(Arthrobotrys oligospora)为例

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由于多样化的特征和对生物的进化,性别的起源,物种分化及基因的遗传和变异有着重要的作用,真菌有性生殖成为众多学者研究的重点。在子囊菌中,有性生殖是由交配型基因控制,它不仅控制性别分化和有性发育,还调控子囊壳的形成等,对真菌的遗传进化与性别控制有着决定性的作用。因多样化的繁殖模式,圆盘菌科真菌已成为研究真菌有性生殖机制的理想材料。本文在课题组分离保存的圆盘菌科真菌的基础上,以交配型基因座为研究对象,以模式种少孢节丛孢A.oligospora为例,利用同源比对、基因敲除、表型实验和转录组分析对其结构和交配型基因的功能以及群体遗传结构进行初步探究。为进一步了解圆盘菌科真菌有性生殖的机制和交配型基因的作用提供有价值的参考。主要实验结果如下:1.在获得的圆盘菌科6个属10株菌的全基因组基础上,对MAT基因进行预测和注释。其中Drechslerella brochopaga(YMF1.03216)的MAT基因座最大,为154177bp,且含有41个基因。Dicranidion sp.(YMF1.03024)的MAT基因座最小,为14286bp,含有2个基因,MAT1-1-1和MAT1-2-1基因。除Orbilia laevimarginata(YMF1.01833)外,其他菌株MAT基因座的上游都是APN2分别与MAT基因座和Cox13紧密相连,而MAT基因座的下游出现较大的变异,基因发生颠换,另外种内的MAT基因座的结构顺序相对保守,而种间有明显差异。2.我们以圆盘菌科节丛孢属的少孢节丛孢(A.oligospora)为实验菌株,利用同源重组对其进行基因敲除获得MAT1-1-1和MAT1-2-1基因的敲除株,分别对野生菌株和对应的敲除株进行表型实验。实验结果表明,ΔAo MAT1在本实验四种培养基上,生长速率明显大于野生菌株,而ΔAo MAT2在这四种培养基上的生长速率与野生菌株相比结果却各不相同。在抗逆性的比较中,ΔAo MAT1敲除株和ΔAo MAT2敲除株与对应野生菌株相比,在不同逆境环境中实验结果不同,但两者的结果是相反的,这可能表明MAT1-1-1和MAT1-2-1基因在调控少孢节丛孢生长和适应逆境环境的机制是不同的。产孢比较表明,MAT1-1-1和MAT1-2-1基因可能均参与产孢和分生孢子梗产生的调控,且两者的调控机制相反。杀线虫活性和产捕器的比较结果显示,ΔAo MAT1的产捕器数量先低于野生菌株,随着时间延长在36 h和48 h时显著高于野生菌株,而ΔAo MAT2的产捕器数量一直高于野生菌株,这表明MAT1-1-1在调节产孢和产捕器的途径比MAT1-2-1更为复杂。3.为深入考察MAT1-1-1和MAT1-2-1基因在少孢节丛孢不同生长阶段与线虫互作过程中的调控作用,根据杀线虫活性和产捕器的结果收集0 h,12 h,24 h,36 h四个时间点与线虫相互作用的敲除株和野生型菌丝样本进行转录组测序,对其数据进行差异基因筛选,GO和KEGG Pathway富集分析。发现MAT1-1-1主要参与核糖体的生物发生和蛋白酶体的调控过程,MAT1-2-1主要参与调控少孢节丛孢的各种氨基酸的代谢和降解途径、DNA复制和错配修复、生物合成、减数分裂、细胞周期和蔗糖代谢等生物过程。4.为考察MAT基因的遗传变异与少孢节丛孢生态适应间的关系,以全国范围内采集、分离鉴定的200株少孢节丛孢为实验对象,获得85株含有MAT1-1-1基因的菌株,115株含有MAT1-2-1基因的菌株,将其分成两个类群进行基因型和群体遗传学分析,结果表明MAT1-1-1有15种基因型,101个SNPs(核酸多态性位点),基因型最多的地区是云南个旧,MAT1-2-1有13种基因型,133个SNPs,基因型最多是广西,AMOVA分析的结果表明MAT1-1-1和MAT1-2-1两个类群的群体内部和群体间都对遗传分化有贡献,且都具有显著性。Mantel测试表明MAT1-1-1群体间的遗传距离和地理距离存在正相关,而MAT1-2-1群体间的遗传距离和地理距离存在负相关。
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