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中国木耳栽培种质资源的遗传多样性研究

李黎

  木耳[Auricularia auricula-judae (Bull.) Quel.],是世界上产量仅次于双孢蘑菇(Agaricus bisporus)、香菇(Lentinula edodes)及糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)的第四大栽培食用菌,在我国食用菌产业体系中占有重要的地位。中国作为世界木耳栽培的起源地,也是世界上最大的木耳生产国,拥有丰富的木耳种质资源,这些种质资源也是进一步选育木耳优良品种的基础。对我国木耳栽培种质资源的遗传多样性进行准确分析和客观评价,是开展木耳优良菌株选育和新品种开发的基础,也是加强菌种管理和新品种知识产权保护,促进整个木耳产业持续健康发展的前提。 本研究以中国主栽的32个木耳菌株为研究对象,首次将生物学特性、TRAP分子标记技术、IGS序列分析及体细胞不亲和性4种方法引入到中国木耳栽培种质的遗传多样性研究中。本研究的目的是:对我国木耳栽培种质资源的遗传多样性进行分析,评价4种方法在木耳种质遗传多样性分析中的适用性,构建我国木耳主要栽培菌株的种性特征信息库。主要研究结果如下: 1.对木耳供试菌株的27个重要的生物学特性指标进行主成分分析,结果表明用生物学性状对木耳种质进行初步分类鉴定时,应首先考虑菌株的培养生理特性,其次是耳片色泽,尺寸等形态特征,最后根据耳脉和耳片的形态特征进行分类。根据此方法可以在不损失或很少损失原有形态性状信息的前提下,将原来的27个性状转换为个数较少而且不相关的综合指标,从而为木耳种质的分类鉴定提供快速而准确的信息。 2.对木耳的27个重要的生物学特性指标进行分析,发现供试菌株在各个生物学指标上均存在着明显的差异,UPGMA聚类结果表明供试菌株的欧氏系数变化范围为4.27到11.33,表明我国木耳栽培种质具有丰富的遗传多样性;协表征矩阵和欧氏系数矩阵之间的相关系数为0.77,表明聚类结果较好地体现了种质之间的遗传关系。在欧氏系数为6.73时,除黑29、186及C21等菌株分别各自均为一类之外,其他供试菌株聚为3个主要类群。主坐标分析也将32个供试菌株分为3个大的类群,同一类群中供试菌株的生物学特性更相似。 3.将TRAP技术运用于木耳栽培菌株的遗传多样性分析中,基于木耳属的EST序列设计并筛选得到16对稳定性较好的引物组合,在32个供试菌株中共扩增得到535条DNA条带,多态性条带比例为97.9%,供试菌株的相似性系数变化范围为0.567到0.922,说明我国木耳栽培种质的遗传多样性丰富;协表征矩阵和欧氏距离矩阵之间的相关系数为0.92,表明聚类结果非常好地体现了种质之间的遗传关系。在遗传相似系数为0.67时,供试菌株聚为4个类群。主坐标分析分析中供试菌株也被划分为3个类群。 4.首次拼接得到木耳栽培菌株AU110的rDNA全序列,并设计得到更适合于木耳菌株IGS区域扩增的引物对。AU110 rDNA全长为11210 bp,包含18S、5.8S、28S、ITS及IGS区域,其中18S rDNA为1805 bp,ITS为513 bp,28S为3135 bp,IGS1为2334 bp,5S为118 bp,IGS2为3304 bp。IGS1中不含重复片段。IGS2序列5’端富含GC(8551 bp至8638 bp),并包含(GGGGA)。重复片段,大大增加了IGS25端的测序难度,同时在8768 bp至8799 bp,8845 bp至8880 bp序列间存在着(TTAGG)。重复片段。 5.32个木耳供试菌株IGS1序列构成的矩阵为2312 bp,其中保守位点2205 bp,变异位点为109 bp;IGS2序列的3’端序列矩阵长度为801 bp,其中保守位点757 bp,变异位点为44个。基于IGS1全长及IGS2 3’端,运用最小进化法和最大简约法对木耳菌株间的亲缘关系进行分析,结果表明木耳菌株IGS序列变异程度较高,由此表明我国木耳栽培种质的遗传多样性丰富。基于IGS1全长和IGS2 3’端序列,32个菌株分别将划分为5个或6个类群;基于两者的综合序列,32个菌株则被划分为3个类群。综合序列分析较单序列分析结果富含更多变异位点信息,能更有效地反映菌株间的系统发育关系。 6.木耳供试菌株之间的体细胞不亲和性反应具有丰富的多态性,不同菌株的体细胞不亲和反应在拮抗反应类型、拮抗反应程度及菌丝交接处色素三个方面均存在差异,拮抗反应类型可以划分为隆起型、沟壑型和隔离型,拮抗反应程度可以分为无拮抗、较强和非常强,菌丝交接处色素分为有或无,三者之间不存在着明显的相关性。将木耳菌株间的不亲和类型、色素有无及程度分别设为变量,进行赋值聚类分析,综合分析后发现,基于不亲和性反应程度的聚类能很好地反映供试菌株之间的亲缘关系,而基于拮抗反应类型和色素有无的聚类分析不能反映供试菌株之间的亲缘关系。 7.在基于木耳体细胞不亲和性反应程度的聚类分析中,供试菌株的欧氏系数变化范围为3.724到10.633,协表征矩阵和相似系数矩阵的相关系数为0.78,表明聚类结果很好地体现了栽培种质之间的遗传关系,进一步说明我国木耳栽培种质具有丰富的遗传多样性。在欧氏系数为7.26时,木耳种内32个菌株聚为6个类群。主坐标分析将供试菌株分为3个类群,具有明显的拮抗反应的供试菌株在UPGMA聚类分析和PCO分析中聚在不同的组别,无明显拮抗反应的菌株聚在一起,从而表明,木耳菌株间的拮抗程度与亲缘关系确实呈正比。 总体来看,我国木耳栽培种质的遗传多样性丰富,不同栽培地域的菌株间存在着明显的遗传差异,但同一地区的栽培菌株遗传背景比较一致。32个供试菌株可分为3个主要类群,主要栽培地域分别对应东北地区,中部、华东及西北地区,华北及西南地区,证明了各栽培区域的主栽菌株主要来自于本地野生菌株驯化。东北地区的栽培菌株遗传背景单一且与其它地区菌株遗传关系较远,中部及华北地区存在引种现象,部分菌株可能为同物异名;同时,研究结果证实4种分析方法均可有效地应用于中国木耳栽培种质资源的遗传多样性分析。本研究的结论对将来木耳遗传育种研究中亲本的选择具有重要的指导意义,也为未来进一步开展木耳菌种快速鉴定、遗传多样性的分析和特异性SCAR标记开发等方面的研究工作奠定了基础。……   
[关键词]:木耳;种质资源;遗传多样性;生物学特性;体细胞不亲和性;TRAP;IGS
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华中农业大学2011年