香菇高質(zhì)量單倍型基因組揭示了其雙核間的遺傳差異

　　近日，植物保護(hù)研究所食用菌研究室在Journal of Fungi（IF=5.81）上發(fā)表了題為“Haplotype-Resolved Genome Analyses Reveal Genetically Distinct Nuclei within a Commercial Cultivar of Lentinula edodes”的研究論文，該研究通過HiFi[[[+]]]Hi-C構(gòu)建了香菇兩個(gè)單倍型核的高質(zhì)量參考基因組，解析了兩個(gè)單核體間的遺傳差異并深入探討了這些差異在香菇生命周期中的重要作用，從而為香菇不同品種間遺傳差異、子代基因組重組等研究提供了新見解。

 

　　香菇（Lentinula edodes）是亞洲最受歡迎食用菌品種之一，富含多種營養(yǎng)成分和藥用特性，具有較高的營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在香菇絕大部分的生命周期中，單個(gè)菌絲細(xì)胞中含有兩個(gè)單倍體細(xì)胞核，共享一套細(xì)胞質(zhì)體系，且不進(jìn)行核融合；僅在生成孢子時(shí)擔(dān)子中的兩個(gè)細(xì)胞核發(fā)生融合及減數(shù)分裂過程，隨后形成單倍體的孢子；香菇中只有雙核體菌絲才能扭結(jié)形成原基并發(fā)育成子實(shí)體。香菇不同交配型單核體基因組的解析，對于揭示香菇兩個(gè)細(xì)胞核在生長發(fā)育中的功能和兩核之間的相互作用及為重要性。

 

　　該項(xiàng)研究基于HiFi測序和Hi-C輔助組裝，構(gòu)建了迄今最完整的香菇單倍型基因組。其中SP3組裝的基因組大小為50.83Mb，contig N50=3.4Mb，并將99.63%的序列錨定到10條染色體上；SP30組裝的基因組大小為49.80Mb，contig N50=2.64Mb，并將98.91%的序列錨定到10條染色體上，BUSCO評(píng)估基因組完整性分別為96.4%和96.2%。在此基礎(chǔ)上，比較了2株香菇單倍型基因組與其它已公布的4株香菇株系基因組的共線性，鑒定到了不同香菇株系間的共有和特有基因。每個(gè)香菇株系的特有基因均在1000個(gè)左右，這些共有基因主要富集在基礎(chǔ)代謝和細(xì)胞成分相關(guān)的通路中。此外，利用共線性分析揭示了SP3和SP30基因組間的染色體重排以及重排基因的功能差異，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)核基因組序列差異大于30%，添補(bǔ)了對香菇不同交配型基因組差異的認(rèn)知：SP3中鑒定到333個(gè)特有基因，主要分布在9號(hào)染色體上；SP30中鑒定到366個(gè)特有基因，主要分布在1、2、3號(hào)染色體上。最后，研究者對SP3和SP30基因組中的兩個(gè)非連鎖交配型位點(diǎn)A（matA）和B（matB）進(jìn)行了定位研究，發(fā)現(xiàn)SP3和SP30中matA的距離和基因結(jié)構(gòu)方面存在差異，而兩者間的matB在數(shù)量和位置上存在差異，為香菇定向雜交育種提供研究基礎(chǔ)。該研究為進(jìn)一步研究香菇栽培品種間、栽培品種與野生品種間的關(guān)系，以及兩個(gè)細(xì)胞核對香菇子實(shí)體形成的協(xié)同調(diào)控作用奠定了基礎(chǔ)。

 

　　植物保護(hù)研究所高琪助理研究員為此研究的第一作者，嚴(yán)冬副研究員和加拿大麥克馬斯特大學(xué)徐建平教授為本研究的通訊作者，此研究受到了北京市農(nóng)林科學(xué)院（BAAFS）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市食用菌創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（BAIC05-2022）、國家食用菌產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-20）等項(xiàng)目的資助。