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中國科學(xué)院昆明植物研究所:牛肝菌目物種從褐腐到共生的創(chuàng)新進(jìn)化史研究獲進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間:2021-12-17

在森林土壤中,木材分解真菌、枯枝落葉分解真菌和外生菌根真菌形成錯(cuò)綜復(fù)雜的菌絲網(wǎng)絡(luò)。作為有機(jī)物的分解者,腐生真菌對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)發(fā)揮不可替代的作用。作為植物的共生伙伴,外生菌根真菌可以將植物光合作用合成的碳水化合物轉(zhuǎn)移到土壤微生物群落中,供微生物利用。研究腐生真菌和共生真菌在碳源、氮源獲取和有機(jī)質(zhì)降解方面的異同,將有助于認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中不同營養(yǎng)類型真菌參與的生態(tài)過程和功能。

牛肝菌目是傘菌綱中物種最豐富的類群之一,包括5個(gè)亞目,16個(gè)科,約1000個(gè)物種,廣布全球,往往在森林演替后期出現(xiàn)。該目絕大多數(shù)為共生型的外生菌根真菌,宿主植物多樣,但基部類群為腐生型的褐腐真菌,是研究真菌營養(yǎng)類型演變的理想對(duì)象。在對(duì)該目代表性物種基因組測(cè)序的基礎(chǔ)上,通過比較基因組學(xué)分析,研究發(fā)現(xiàn)牛肝菌目物種從褐腐習(xí)性轉(zhuǎn)向外生菌根共生習(xí)性的進(jìn)化過程中,在基因組水平發(fā)生了三個(gè)創(chuàng)新:(1)顯著性地丟失了植物細(xì)胞壁降解酶系的關(guān)鍵基因,但仍保留了降解的一定能力,雖然營共生習(xí)性的支系情況各不相同;(2)發(fā)生了轉(zhuǎn)座元件的擴(kuò)張,促進(jìn)了編碼蛋白酶、脂酶和小分泌蛋白等基因的形成;(3)在晚中新世,共生型的牛肝菌科和乳牛肝菌亞目物種發(fā)生了明顯基因擴(kuò)張,可能與宿主植物或牛肝菌生境偏好有關(guān)。

該研究由中國科學(xué)院昆明植物研究所楊祝良研究團(tuán)隊(duì)和法國國家農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境研究院南錫中心Francis Martin團(tuán)隊(duì)合作完成,相關(guān)研究成果以Evolutionary innovations through gain and loss of genes in the ectomycorrhizal Boletales為題,在線發(fā)表在New Phytologist上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)、中科院國際合作局對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目、國家留學(xué)基金管理委員會(huì)等的支持。

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1.牛肝菌目代表物種的基因組組裝和注釋結(jié)果

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2.牛肝菌目代表物種的分泌蛋白組特征

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3.牛肝菌目不同營養(yǎng)類型真菌相關(guān)基因間的置換多元方差分析

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4.基于Kimura距離的轉(zhuǎn)座元件差異分析(紅色:外生菌根真菌,藍(lán)色:褐腐真菌)

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5.牛肝菌屬物種共線性分析(a,b)和轉(zhuǎn)座元件與分泌型蛋白基因在基因組上的平均距離分析(c

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6.牛肝菌目物種基因復(fù)制歷史重建(a)和演化過程中基因復(fù)制速率的變化(b

 

論文鏈接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17858

來源|中國科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

 


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