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黑木耳 Auricularia heimuer F.Wu,B.K.Cui&Y.C.Dai,作为我国重要的食用菌之一,因其含有多种药理活性的天然化合物,深受人们的喜爱。而中国作为世界上栽培黑木耳产量最大的国家,对全国范围的黑木耳野生种质资源进行遗传多样性及遗传结构的评价,是资源保护和品种选育的基础。此外,过去对黑木耳的其它研究多集中于栽培育种和营养成分的提取等方面,对黑木耳的基因组研究较少,因此开展黑木耳的全基因组测序及分析,初步解析黑木耳的基因功能,为后续深入开展黑木耳的代谢途径及调控机制研究具有重要意义。本研究分析了全国范围的4个野生黑木耳群体共1 18个样本的ITS序列和IGS1序列,从DNA序列水平上解析了其遗传多样性及遗传结构,并对标本Dai 13782的单孢菌株进行了全基因组测序及分析。研究结果如下:(1)基于ITS和IGS1序列分析了黑木耳的遗传多样性,结果显示ITS序列全长530 bp,含6个变异位点,共产生17种单倍型(Hd为0.8579,Pi为0.0043);IGS1序列全长818 bp,含12个变异位点,共产生32种单倍型(Hd为0.9148,Pi为0.0047);我国野生黑木耳群体在整体上表现出高水平的单倍型多样性和低水平的核苷酸多样性,各群体内单倍型多样性较为丰富,并在不同地理分区表现出较强的生存适应能力。(2)通过ITS和IGS1序列对黑木耳的遗传结构进行分析,发现黑木耳总群体的Fst分别为0.2470和0.1219,均表现为遗传分化程度较低,但东北群体与其它3个群体之间均出现了极显著或显著的遗传分化;遗传分化系数均为Gst>Nst(P<0.5),进一步说明黑木耳在物种水平上无地理谱系结构;AMOVA分析表明黑木耳群体的变异主要来源于群体内部,而群体之间基因交流比较频繁,差异较小;中性检验和错配分布分析结果表明,黑木耳群体在历史进化过程中处于动态平衡状态。(3)采用第二代测序平台Illumina Hiseq 4000和第三代测序平台Pacbio RSII结合的测序技术完成单孢菌株Dai 13782的全基因组测序,获得黑木耳基因组49.76 Mb,GC含量为56.98%,编码基因数量为16,244个,蛋白编码区总长度为22.01 Mb,内含子总长度为6.83 Mb。共有15,135基因获得了功能注释,占基因总量的93.17%,为进一步完成功能基因的筛选和分析等后续研究奠定了基础。(4)在黑木耳基因组中,共鉴定得到6个基因簇参与了黑木耳的次生代谢过程,包括5个萜烯合酶TS基因簇和1个非核糖体肽合成酶NRPS基因簇,同时发现黑木耳中并没有参与聚酮合酶PKS的相关基因簇,造成此现象的原因还需要进一步的研究。对参与多糖和萜类化合物合成的基因进行筛选和生物信息分析,发现在黑木耳基因组中存在大量与多糖和萜类化合物合成相关的基因,共预测到33个基因参与多糖合成、22个基因参与萜类化合物骨架合成、3个基因参与倍半萜和三萜合成、27个基因参与甾族化合物合成,这些数据均为深入研究黑木耳在不同的生长阶段合成多糖和萜类化合物提供了基础资料,未来的研究重点可分析其代谢途径和调控机制,为提高黑木耳的营养价值提供理论依据。(5)通过基因家族聚类分析,共找到18,059个基因家族,黑木耳中基因家族8,167个,含268个特有基因家族,可能与黑木耳的物种特异性相关。而黑木耳基因组有单拷贝同源基因1,039个,多拷贝基因1,198个,黑木耳特异基因家族中的基因1,005个,未被聚类到基因家族的特有基因1,41 1个。对黑木耳特异基因家族中的基因进行KEGG注释,结果表明只有11个基因获得KEGG注释,其中基因GLEAN 0002067参与了萜类化合物合成,是δ524甾醇还原酶的编码基因,这些发现为黑木耳功能差异性的研究提供了分子依据。