香菇群体演化与驯化分析

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香菇是一种食药兼用的白腐真菌,在我国有着广泛种植.近年来,随着分子生物技术的快速发展,分子标记辅助育种越来越成为育种工作者的首选育种方式.由于香菇基因组小,随着基因组测序技术飞速发展,可以以较低的成本完成对香菇群体的测序,从而利用全基因组关联分析分方法高效挖掘与农艺性状相关的遗传位点,为分子标记辅助育种提供更多的选择和优良的种质资源.同时,近年的研究也发现包括SNP基因组的结构变异在生物群体是十分丰富,影响着群体的表型特征分化.  本研究首先对香菇子实体时期的性状进行考察,分别为菌盖直径、菌柄长度、菌柄直径和鲜菇单重.由于生长环境等因素,59个菌种仅有37个完成出菇试验.野生菌株L0285有一个特别的性状,其菌柄直径与长度比大多数野生型大,但菌盖直径相差不大.野生品种L0259在菌棒上生长极为密集,生长速度较快,然而其菌盖薄且小、菌柄细且短.菌株L0255的菌盖呈球形,有下弯趋势,其菌柄较短.除了上述的特点之外,菌株子实体颜色还有较明显的差异,其中较极端的两种颜色分别是菌株L0274的子实体颜色呈淡黄色,L0026菌株子实体颜色呈深褐色.  利用二代高通量测序技术完成了香菇群体的全基因组重测序工作,并进行香菇群体结构及演化分析.基于120个菌种的重测序数据构建了366万个位点的香菇全基因组遗传变异图谱.在此基础上,详细解析了香菇群体结构信息和对香菇人工驯化的初步探索.群体结构分析结果发现香菇群体可分为3个亚群,其中亚群GroupⅢ有着明显的地域性,均来源于云南和四川,属于高海拔地区亚群.包含48个栽培种的亚群GroupⅠ没有明显的地域性,分布较广泛.推测包含在亚群GroupⅠ中的的部分野生型品种可能不是野生型,是人类活动等因素将栽培种扩散到野外使得菌种收集者误认为是野生型品种,而引起的标识性错误.比较分析GroupⅠ与GroupⅡ和GroupⅢ的核苷酸多态性的结果显示,三个亚群具有较大的差异.GroupⅠ和GroupⅡ两个亚群间的平均Fst为0.212,GroupⅠ和GroupⅢ之间的平均Fst为0.204.结合上面两个结果,群体内存在遗传分化和核苷酸多态性降低这两个明显的驯化特征,推测在香菇演化过程中可能存在人工选择.进一步分析,总共得到74个潜在人工选择位点,共有220个基因位于受选择区域.进一步根据结合群体结构分析和演化分析的结果我们推测了一个现代香菇选育史的模型.现代香菇选育主要集中在包含三个亚支的GroupⅠ亚群中.Group I的样本均来自于同一个祖先,之后分化形成两个分支,这两个分支经过较长时间的培育改良分别形成了GroupⅠ-1栽培种分支和GroupⅠ-3栽培种分支.同时,在分别选育的过程中人们很可能还对两个分支进行了杂交育种,所以出现了同时包含两个分支血统的新栽培种分支GroupⅠ-2.通过比较香菇GroupⅢ的样本与GroupⅠ中的栽培种样本的四个性状,结果发现GroupⅠ中菌株的菌盖直径和单菇鲜重明显大于GroupⅢ中菌株的菌盖直径和单菇鲜重,且GroupⅠ中菌株的菌柄直径略大于GroupⅢ中的菌株的菌柄直径.推测人类在进行香菇驯化的过程中对香菇的盖直径大小和单菇鲜重大小产生了显著的影响.  通过结构变异分析,发现香菇群体中有1957个结构变异可能位于编码区,之后对存在结构变异的编码区进行了功能注释和Pathway富集分析.在这1957个基因中功能富集到参与新陈代谢的基因数目最多,Pathway富集到参与到细胞周期通路的基因数目最多.
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