2025-06-03
Highlights
進化(hua)與適應性：泛基因組研究揭示(shi)真菌(jun)快速進化的遺傳基礎及(ji)其對(dui)極(ji)端環境(jing)的適應策略。
基因組動態性與多(duo)樣性：真(zhen)(zhen)菌(jun)泛基(ji)因組揭示核心基(ji)因組與可變(bian)基(ji)因組的(de)差異，反映真(zhen)(zhen)菌(jun)適應環境的(de)遺傳靈活性(xing)。
病原機制解析：通過(guo)比較病(bing)(bing)原真(zhen)菌(jun)泛基因(yin)組，鑒定毒力因(yin)子和宿主(zhu)互作基因(yin)，闡明致病(bing)(bing)機(ji)制。
工業應用潛力(li)：泛(fan)基因組分(fen)析挖(wa)掘(jue)次級代謝(xie)產物合(he)成基因簇，助(zhu)力天然(ran)產物開(kai)發和(he)工業菌(jun)株改良。
在微觀世界的(de)(de)(de)(de)舞臺上，真菌扮演著(zhu)(zhu)不可(ke)或缺(que)的(de)(de)(de)(de)角色。它們如同隱匿(ni)于幕后的(de)(de)(de)(de)魔(mo)法師(shi)，默默影(ying)響著(zhu)(zhu)自然生(sheng)態、農業生(sheng)產、人類健康等多個領(ling)域。而(er)如今，一種名為真菌泛基因(yin)組的(de)(de)(de)(de)研究方法，正(zheng)為我們揭開真菌的(de)(de)(de)(de)神秘面(mian)紗，帶來前所未有的(de)(de)(de)(de)認知和(he)機遇。
【圖】不同品種蘑菇
（一(yi)）真菌(jun)泛基(ji)因組(zu)研究意義(yi)
分類學維(wei)度——完(wan)善分(fen)類系統，鑒(jian)定新物種(zhong)
育種學(xue)維度(du)——挖掘優良性狀基因，加速(su)育(yu)種進程
生(sheng)物技術(shu)維度——提高生(sheng)(sheng)產(chan)效(xiao)率，開發新型(xing)生(sheng)(sheng)物制(zhi)品(pin)
病原學維(wei)度——了解致病機制(zhi)，制(zhi)定防(fang)控策略(lve)
生態(tai)學(xue)維度——研究(jiu)生態適應性，評估生態影響
（二）通過(guo)采樣和測序最(zui)大限度地(di)捕獲遺傳多樣性
采樣(yang)策略對于成功的生物多樣(yang)性(xing)泛(fan)基(ji)因組研究至關重要。它應(ying)在自然種群內最大限度地(di)提(ti)高基(ji)因組和生物地(di)理多樣(yang)性(xing)，理想(xiang)情況下(xia)應(ying)在整個地(di)理范(fan)圍內進(jin)行采樣(yang)，同(tong)時平(ping)衡性(xing)別代表性(xing)。
圖片來源：//doi.org/10.1038/s41588-024-02029-6I
2.1、真菌泛(fan)基因組材料如何選擇
1）根據樣本特性(xing)選擇材(cai)料
地(di)理來源多(duo)樣(yang)性(xing)
真(zhen)菌(jun)在自然界(jie)廣泛分布，不同地理區域(yu)的(de)生(sheng)態環境(jing)差異顯著，這會導(dao)致真(zhen)菌(jun)群體產生(sheng)遺傳(chuan)(chuan)分化。為了全面了解(jie)真(zhen)菌(jun)的(de)遺傳(chuan)(chuan)多(duo)(duo)樣性，應(ying)從多(duo)(duo)個地理區域(yu)收集樣本。
病原(yuan)性與非(fei)病原(yuan)性
通過同時研究病(bing)原(yuan)性(xing)和非病(bing)原(yuan)性(xing)菌株的基(ji)因(yin)組(zu)，可(ke)以(yi)更準(zhun)確地識(shi)別這些與致(zhi)病(bing)性(xing)相(xiang)關的基(ji)因(yin)，深入了解病(bing)原(yuan)真(zhen)菌的致(zhi)病(bing)機制(zhi)。
菌(jun)株表(biao)型多樣性
即使是同一物(wu)種的真菌，不(bu)同菌株之間也可能存(cun)在顯(xian)著的表型(xing)(xing)差異(yi)，如菌落形態、生長速度、代謝產物(wu)產量等。在選擇材料時(shi)，應(ying)充分考慮這些表型(xing)(xing)差異(yi)，選取(qu)具有(you)代表性的菌株。
2）根據生物(wu)學問題選(xuan)擇材料
探究物種(zhong)進化關(guan)系
當研(yan)究的生物學問題(ti)是探究真菌物種的進化關系(xi)時，需要選擇來(lai)自不同進化分支(zhi)的樣(yang)本。可以通(tong)過(guo)系(xi)統發育分析確定真菌的系(xi)統發育地(di)位，然后從各個主要進化分支(zhi)中(zhong)選取代表菌株。
研(yan)究適應性進化
如果關(guan)注(zhu)的(de)是真菌(jun)(jun)對特定環(huan)境的(de)適(shi)應(ying)性進化(hua)，那么應(ying)根(gen)據環(huan)境特點選(xuan)擇(ze)樣(yang)本(ben)。例如，在研(yan)究耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)真菌(jun)(jun)時，選(xuan)擇(ze)來自高(gao)(gao)溫(wen)環(huan)境（如火山口附近(jin)、溫(wen)泉等）的(de)真菌(jun)(jun)樣(yang)本(ben)。這些真菌(jun)(jun)在長期的(de)高(gao)(gao)溫(wen)環(huan)境中生(sheng)存和(he)繁衍，其(qi)基(ji)因(yin)組中可能包含與(yu)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)相(xiang)關(guan)的(de)基(ji)因(yin)，如熱休克蛋白基(ji)因(yin)等。
解析共生關系
在研(yan)究真(zhen)菌(jun)與(yu)其他生(sheng)物(wu)的共生(sheng)關系時(shi)，需要同時(shi)選擇真(zhen)菌(jun)和與(yu)之共生(sheng)的生(sheng)物(wu)樣本(ben)。例如，在研(yan)究菌(jun)根真(zhen)菌(jun)與(yu)植(zhi)物(wu)的共生(sheng)關系時(shi)，選取不(bu)同植(zhi)物(wu)種類(lei)及其對(dui)應的菌(jun)根真(zhen)菌(jun)樣本(ben)。
開發生物活性物質
當(dang)研(yan)(yan)究的目(mu)的是開發真(zhen)菌的生物活性(xing)物質時，應根(gen)據(ju)已知的生物活性(xing)或潛在的開發價(jia)值選擇材料。例如，如果已知某些真(zhen)菌能夠(gou)產生抗癌活性(xing)物質，那么就選擇這些具有抗癌活性(xing)的菌株進行深入研(yan)(yan)究。
2.2、泛基因組測(ce)序策(ce)略
（三）真菌泛基因組文(wen)獻
期(qi)刊：Journal of Advanced Research
影響因子：11.4/Q1
發表(biao)單位：中國(guo)科學院微生物研究所真(zhen)菌學國(guo)家重點實驗室
分析內容：遺(yi)傳多樣性分析、基因(yin)組(zu)(zu)組(zu)(zu)裝、泛基因(yin)組(zu)(zu)構建、GWAS關聯分析、轉錄組(zu)(zu)分析、功能驗證(zheng)。
方法：
本研究(jiu)對 199 種菌株(zhu)進(jin)行了(le)從頭基(ji)(ji)(ji)因(yin)組(zu)組(zu)裝(zhuang)和(he)(he)基(ji)(ji)(ji)于(yu)基(ji)(ji)(ji)因(yin)的泛基(ji)(ji)(ji)因(yin)組(zu)分析，其中包括野生和(he)(he)培養(yang)菌株(zhu)。此外，還使用存在-缺失(shi)變異 （PAV） 和(he)(he) SNP 數(shu)據進(jin)行了(le)全基(ji)(ji)(ji)因(yin)組(zu)關聯研究(jiu) （GWAS），并結(jie)合(he) RNA 測序，以鑒定與馴(xun)化(hua)性狀相關的基(ji)(ji)(ji)因(yin)，例(li)如菌蓋(gai)顏色和(he)(he)菌柄(bing)長度(du)。通(tong)過基(ji)(ji)(ji)因(yin)轉化(hua)實驗實現基(ji)(ji)(ji)因(yin)功能(neng)確(que)認。
結果：
研究表(biao)面199個(ge)(ge)菌株分為四(si)個(ge)(ge)不同(tong)的(de)(de)種群(qun)(qun)，這(zhe)些種群(qun)(qun)與人工選擇的(de)(de)不同(tong)強度相(xiang)(xiang)關。與野(ye)生種群(qun)(qun)相(xiang)(xiang)比，三個(ge)(ge)培養(yang)種群(qun)(qun)表(biao)現出較小的(de)(de)基因(yin)(yin)(yin)組(zu)大小、較少的(de)(de)基因(yin)(yin)(yin)、較低的(de)(de)遺(yi)傳變異、較低的(de)(de)基因(yin)(yin)(yin)表(biao)達多樣性和(he)較低的(de)(de)雜合性。分析(xi)揭示了在馴(xun)化過(guo)(guo)程(cheng)中與 β-內(nei)酰胺類抗生素分解代謝過(guo)(guo)程(cheng)和(he)特異性 MAPK 通(tong)路基因(yin)(yin)(yin)相(xiang)(xiang)關的(de)(de)基因(yin)(yin)(yin)丟(diu)失(shi)，使馴(xun)化菌株更容易患病(bing)。鑒定(ding)出4個(ge)(ge)與菌蓋顏(yan)色和(he)菌柄長度密切相(xiang)(xiang)關的(de)(de)基因(yin)(yin)(yin)，但(dan)遺(yi)傳轉化實驗證實了僅(jin)通(tong)過(guo)(guo)基于(yu) PAV 的(de)(de) GWAS 鑒定(ding)的(de)(de) 2 個(ge)(ge)基因(yin)(yin)(yin) （FfB 和(he) FfD） 的(de)(de)功能(neng)相(xiang)(xiang)關性。
結論：
該研(yan)究揭示(shi)了培(pei)養和野生金針菇(gu)種(zhong)群(qun)之間的顯(xian)著基(ji)因(yin)組變(bian)(bian)異，包括馴化過程中病原體抗性基(ji)因(yin)的丟失。我們(men)還(huan)鑒定(ding)了與菌蓋(gai)顏色和菌柄長度相關(guan)的關(guan)鍵(jian)基(ji)因(yin)，首次(ci)證明(ming)了 PAV 變(bian)(bian)異在蘑菇(gu)馴化中的重要作用。這些見解為(wei)未來的蘑菇(gu)育種(zhong)和進化研(yan)究奠定(ding)了基(ji)礎(chu)。
參(can)考文獻：Liu F, Ma XB, Han B, Wang B, et al. Pan-genome analysis reveals genomic variations during enoki mushroom domestication, with emphasis on genetic signatures of cap color and stipe length. J Adv Res. 2024 Nov 5:S2090-1232(24)00497-1. doi: 10.1016/j.jare.2024.11.005.
