香菇高质量单倍型基因组揭示了其双核间的遗传差异

发布时间：2022年02月23日 08:52　　浏览次数：809

近日，植物保护研究所食用菌研究室在 Journal of Fungi（IF=5.81）上发表了题为“Haplotype-Resolved Genome Analyses Reveal Genetically Distinct Nuclei within a Commercial Cultivar of Lentinula edodes”的研究论文，该研究通过HiFi+Hi-C构建了香菇两个单倍型核的高质量参考基因组，解析了两个单核体间的遗传差异并深入探讨了这些差异在香菇生命周期中的重要作用，从而为香菇不同品种间遗传差异、子代基因组重组等研究提供了新见解。

香菇（Lentinula edodes）是亚洲最受欢迎食用菌品种之一，富含多种营养成分和药用特性，具有较高的营养和经济价值。在香菇绝大部分的生命周期中，单个菌丝细胞中含有两个单倍体细胞核，共享一套细胞质体系，且不进行核融合；仅在生成孢子时担子中的两个细胞核发生融合及减数分裂过程，随后形成单倍体的孢子；香菇中只有双核体菌丝才能扭结形成原基并发育成子实体。香菇不同交配型单核体基因组的解析，对于揭示香菇两个细胞核在生长发育中的功能和两核之间的相互作用极为重要性。

该项研究基于HiFi测序和Hi-C辅助组装，构建了迄今最完整的香菇单倍型基因组。其中SP3组装的基因组大小为50.83Mb，contig N50=3.4Mb，并将99.63%的序列锚定到10条染色体上；SP30组装的基因组大小为49.80Mb，contig N50=2.64Mb，并将98.91%的序列锚定到10条染色体上，BUSCO评估基因组完整性分别为96.4%和96.2%。在此基础上，比较了2株香菇单倍型基因组与其它已公布的4株香菇株系基因组的共线性，鉴定到了不同香菇株系间的共有和特有基因。每个香菇株系的特有基因均在1000个左右，这些共有基因主要富集在基础代谢和细胞成分相关的通路中。此外，利用共线性分析揭示了SP3和SP30基因组间的染色体重排以及重排基因的功能差异，发现两个核基因组序列差异大于30%，添补了对香菇不同交配型基因组差异的认知：SP3中鉴定到333个特有基因，主要分布在9号染色体上；SP30中鉴定到366个特有基因，主要分布在1、2、3号染色体上。最后，研究者对SP3和SP30基因组中的两个非连锁交配型位点A（matA）和B（matB）进行了定位研究，发现SP3和SP30中matA的距离和基因结构方面存在差异，而两者间的matB在数量和位置上存在差异，为香菇定向杂交育种提供研究基础。该研究为进一步研究香菇栽培品种间、栽培品种与野生品种间的关系，以及两个细胞核对香菇子实体形成的协同调控作用奠定了基础。 

植物保护研究所高琪助理研究员为此研究的第一作者，严冬副研究员和加拿大麦克马斯特大学徐建平教授为本研究的通讯作者，此研究受到了北京市农林科学院(BAAFS)、现代农业产业技术体系北京市食用菌创新团队(BAIC05-2022)、国家食用菌产业技术体系(CARS-20)等项目的资助。

全文链接：https://doi.org/10.3390/jof8020167