2025-06-03
Highlights
进化与适应性：泛基因组研究揭示真菌快速进化的遗传基础及其对极端环境的适应策略。
基因组动态性与多样性：真菌泛基因组揭示核心基因组与可变基因组的差异，反映真菌适应环境的遗传灵活性。
病原机制解析：通过比较病原真菌泛基因组，鉴定毒力因子和宿主互作基因，阐明致病机制。
工业应用潜力：泛基因组分析挖掘次级代谢产物合成基因簇，助力天然产物开发和工业菌株改良。
在微观世界的舞台上，真菌扮演着不可或缺的角色。它们如同隐匿于幕后的魔法师，默默影响着自然生态、农业生产、人类健康等多个领域。而如今，一种名为真菌泛基因组的研究方法，正为我们揭开真菌的神秘面纱，带来前所未有的认知和机遇。
【图】不同品种蘑菇
（一）真菌泛基因组研究意义
分类学维度——完善分类系统，鉴定新物种
育种学维度——挖掘优良性状基因，加速育种进程
生物技术维度——提高生产效率，开发新型生物制品
病原学维度——了解致病机制，制定防控策略
生态学维度——研究生态适应性，评估生态影响
（二）通过采样和测序最大限度地捕获遗传多样性
采样策略对于成功的生物多样性泛基因组研究至关重要。它应在自然种群内最大限度地提高基因组和生物地理多样性，理想情况下应在整个地理范围内进行采样，同时平衡性别代表性。
图片来源：https://doi.org/10.1038/s41588-024-02029-6I
2.1、真菌泛基因组材料如何选择
1）根据样本特性选择材料
地理来源多样性
真菌在自然界广泛分布，不同地理区域的生态环境差异显著，这会导致真菌群体产生遗传分化。为了全面了解真菌的遗传多样性，应从多个地理区域收集样本。
病原性与非病原性
通过同时研究病原性和非病原性菌株的基因组，可以更准确地识别这些与致病性相关的基因，深入了解病原真菌的致病机制。
菌株表型多样性
即使是同一物种的真菌，不同菌株之间也可能存在显著的表型差异，如菌落形态、生长速度、代谢产物产量等。在选择材料时，应充分考虑这些表型差异，选取具有代表性的菌株。
2）根据生物学问题选择材料
探究物种进化关系
当研究的生物学问题是探究真菌物种的进化关系时，需要选择来自不同进化分支的样本。可以通过系统发育分析确定真菌的系统发育地位，然后从各个主要进化分支中选取代表菌株。
研究适应性进化
如果关注的是真菌对特定环境的适应性进化，那么应根据环境特点选择样本。例如，在研究耐高温真菌时，选择来自高温环境（如火山口附近、温泉等）的真菌样本。这些真菌在长期的高温环境中生存和繁衍，其基因组中可能包含与耐高温相关的基因，如热休克蛋白基因等。
解析共生关系
在研究真菌与其他生物的共生关系时，需要同时选择真菌和与之共生的生物样本。例如，在研究菌根真菌与植物的共生关系时，选取不同植物种类及其对应的菌根真菌样本。
开发生物活性物质
当研究的目的是开发真菌的生物活性物质时，应根据已知的生物活性或潜在的开发价值选择材料。例如，如果已知某些真菌能够产生抗癌活性物质，那么就选择这些具有抗癌活性的菌株进行深入研究。
2.2、泛基因组测序策略
（三）真菌泛基因组文献
期刊：Journal of Advanced Research
影响因子：11.4/Q1
发表单位：中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室
分析内容：遗传多样性分析、基因组组装、泛基因组构建、GWAS关联分析、转录组分析、功能验证。
方法：
本研究对 199 种菌株进行了从头基因组组装和基于基因的泛基因组分析，其中包括野生和培养菌株。此外，还使用存在-缺失变异 （PAV） 和 SNP 数据进行了全基因组关联研究 （GWAS），并结合 RNA 测序，以鉴定与驯化性状相关的基因，例如菌盖颜色和菌柄长度。通过基因转化实验实现基因功能确认。
结果：
研究表面199个菌株分为四个不同的种群，这些种群与人工选择的不同强度相关。与野生种群相比，三个培养种群表现出较小的基因组大小、较少的基因、较低的遗传变异、较低的基因表达多样性和较低的杂合性。分析揭示了在驯化过程中与 β-内酰胺类抗生素分解代谢过程和特异性 MAPK 通路基因相关的基因丢失，使驯化菌株更容易患病。鉴定出4个与菌盖颜色和菌柄长度密切相关的基因，但遗传转化实验证实了仅通过基于 PAV 的 GWAS 鉴定的 2 个基因 （FfB 和 FfD） 的功能相关性。
结论：
该研究揭示了培养和野生金针菇种群之间的显着基因组变异，包括驯化过程中病原体抗性基因的丢失。我们还鉴定了与菌盖颜色和菌柄长度相关的关键基因，首次证明了 PAV 变异在蘑菇驯化中的重要作用。这些见解为未来的蘑菇育种和进化研究奠定了基础。
参考文献：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.
