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草菇遗传规律研究

傅俊生  
【摘要】: 草菇一直以来,被认为属于初级同宗结合真菌,但是这种性遗传模式本身解释不了草菇生活史过程中的许多遗传学机制问题。由于草菇的性遗传模式不清,给草菇的遗传育种带来了重重困难,严重制约了草菇产业的发展。本论文以草菇主栽品种屏优一号(PY)为研究材料,利用近年来发展起来的原生质体技术和分子标记技术,并结合传统的形态学、细胞学研究方法,致力于阐明草菇的生活史过程,揭示草菇的性遗传本质。本论文主要研究结果如下: 1有性担子类型的新发现及担孢子核相分析 草菇一直以来,被认为是四孢担子,每个担孢子含一个细胞核。 我们通过对草菇不同时期子实体的菌褶进行扫描电镜观察,阐明了草菇有性结构担子及担孢子的发育过程;最先发现草菇如同蘑菇一样存在着双孢担子、三孢担子和四孢担子,其比例分别为9.06%、21.01%和69.03%;χ2独立检验分析表明,三种不同方法(核染色计数、担子计数、共显性标记检测F1代)得到异核担孢子比例值之间没有显著性差异。故我们认为草菇异核担孢子比率期望值为5.11%,单核或同核担孢子比率为94.89%。 2证明草菇存在有性生殖减数分裂 初级同宗结合的性模式,解释不了草菇后代单孢为什么广泛的变异。 我们利用杂交亲本的两对共显性等位SCAR标记,对其杂交菌株F1代的112株单孢群体进行遗传分析,χ2检验表明两对等位SCAR标记的遗传分离比例(AB:Ab:aB:ab=1:1:1:1)符合孟德尔的自由组合定律,表明两个共显性标记是位于相互独立的染色体上,这也表明了草菇经核配后,存在一个减数分裂的过程,使得亲本的遗传基因在单孢分离物群体中得到充分的重组与交换。减数分裂是草菇单孢广泛变异的根源。 3单孢分离物广泛变异因子分析 草菇单孢广泛变异,应属由众多微效基因所决定的数量性状。 我们测定了屏优一号38个单孢分离物的菌落表征指标,包括生长速度、细胞核数、细胞长、细胞宽、侧枝数、侧枝间距和侧枝角度。相关性分析表明7个表型指标均达到显著水平,说明单孢分离物的差异是基因型引起。因子分析结果表明草菇菌落表型,主要受四个主因子影响,分别被命名为气生型菌落旺盛因子、匍匐型菌落稀疏因子、菌落扩向因子及菌落核相因子。从主因子出发,有利于本论文对草菇单孢分离物的表型分类及细胞生物学特性测定研究,也为今后的草菇的遗传与育种提供了参考。 4单孢分离物出菇机制的诠释 初级同宗结合的定义认为单个草菇担孢子萌发后,不需交配自身就能完成生活史。这解释不了单核单倍体的单孢菌株是怎样完成其生活史。 我们对不同年份分离的7个菌株的匍匐型单孢比例进行χ2检验分析,结果表明不同年份7个菌株的匍匐型单孢比例无显著差异水平,匍匐型单孢比例的数学期望值为76.77%,这表明草菇的单孢分离物中是以匍匐型单孢为优势群体的。匍匐型单孢是不可能出菇的,那么,气生型单孢出菇的最大比例也不会超过23.23%,表明草菇被定义为同宗结合还有待商榷。 对可出菇的配对菌株PYd15×PYd2的遗传鉴定表明,PYd15×PYd2是一个异核体的杂交种;对气生型可出菇单孢PYd42的F2代及其原生质体再生株的遗传检测分析表明,单孢PYd42是一个异核体;对气生型不出菇单孢PYYd41、匍匐型不出菇单孢PYd15和PYd21的原生质再生株的遗传检测分析表明,PYYd41、PYd15和PYd21均为单核体;对以上分析,我们认为只有异核体的草菇菌丝才有可能出菇。单孢能够出菇其本身是来自一个异核担孢子(同宗结合),而单核体或同核体的草菇菌丝需要交配后才可能出菇(异宗结合)。由占5.11%的异核担孢子及≤23.23%的单孢出菇率知,草菇应是以异宗结合为主的有性生殖过程。 5屏优一号异核体菌丝的鉴定分析 为验证和解释上面4点的结论,我们必须对本论文的核心材料屏优一号进行异核性鉴定分析。 对两次分离的得到原生质体数据进行统计分析,结果表明草菇匍匐型原生质体再生株的分离频率期望值为52.19%;通过综合分析26个原生质再生株的菌落形态、生长速度、细胞核数、核遗传多态性图谱及配对出菇情况,我们分离得到了两类互为异核的原生质再生株PYy14、PYy4和PYy8;对PYy14和PYy8的再一次原生质化分离株的遗传分析表明,PYy14和PYy8为同核体,即表明草菇屏优一号为双异核体。 6草菇二极性交配型系统的测定 综合分析了气生型不出菇单孢自交测定结果、匍匐型单孢自交测定结果、回交测定结果以及近交测定结果,并结合SCAR标记技术鉴定是否交配成功,充分证明了草菇的交配型系统受一对A因子控制,草菇属二极性异宗结合的性遗传模式。 草菇能自身可出菇的异核担孢子只占5.11%,这部分单孢分离物行使同宗结合生活史;而大部分单孢分离物要行使异宗结合的生活史,受一对不亲和性因子A的控制。 7与A因子紧密连锁基因(MIP)的克隆 利用已报道的扩增MIP简并引物,从草菇屏优一号的基因组DNA中克隆到459bp的目的片段。基于这459bp序列设计了3个扩增下游侧冀序列的嵌套引物进行TAIL-PCR,获得了445bp的下游侧冀序列。两片段拼接后得到全长812bp的MIP基因序列。


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