基于线粒体基因组的丛赤壳科真菌系统发育基因组学研究

Nectriaceous fungi are significantly important to agricultural, industrial and medicinal sciences. However, taxonomic problems of the family remain unsolved. Extensive changes happened to its classification in the past, e.g. new genera are established successively, some old ones are synonymized, and concepts of some genera are unclear. Although phylogenetic studies of the family based on nuclear genes have been carried out, omic data have not been systematically applied to this family. To clarify the concepts and explore the relationships among genera, and establish a natural classification, this project plans to implement phylogenomics analysis using mitochondrial genomic data of the representative species of different genera in the family. The high-throughput sequencing technology, De novo genome assembly, and mitochondrial genome annotation will be finished using bioinformatics tools. Whole mitochondrial genomes of representative species of different genera will be obtained. A phylogenetic tree will be constructed using phylogenomics methods based on the mitochondrial genomic data to explore the relationships among genera of this family and provide a better understanding of the group. The results of this project will be beneficial to related theoretical and applied researches.

丛赤壳科真菌是对农业、工业和医学具有重要影响的类群。但是该科的分类系统一直处于频繁的变动中，新属不断建立，有些属被处理为异名，部分属的概念不清晰。尽管用于该科系统发育分析的核基因数目逐渐增多，系统发育问题依然存在，基于组学数据的研究尚未全面开展。本项目拟采用线粒体全基因组数据对该科进行系统发育基因组学研究，旨在澄清属的概念，揭示属间系统发育关系，建立更加趋于自然的分类系统。本项目拟利用课题组前期对该科分类研究的结果和丰富的材料积累，采用第二代高通量测序技术实现基因组de novo测序，利用生物信息学软件自主完成线粒体基因组拼接和注释，从而获得该科大部分属代表种的完整线粒体基因组数据。采用系统发育基因组学方法，构建该科基于线粒体数据的进化树，揭示属间系统发育关系。结合形态学数据，澄清部分属的概念，阐明属间关系，为建立自然分类系统做贡献。研究结果将对真菌其他类群的系统发育理论研究提供科学依据。

丛赤壳科真菌是对农业、工业和医学具有重要影响的类群。针对该科存在的系统发育和分类系统方面的问题，本项目采用线粒体系统发育基因组学方法对该科进行了较为全面的研究。在课题组前期对该科分类研究的结果和丰富的材料积累基础上，采用第二代高通量测序技术对丛赤壳科20属23种24株菌和生赤壳科1种（用作外群）实现了基因组de novo测序，利用生物信息学软件自主完成了线粒体基因组拼接和注释，从而获得该科大部分属代表种的完整线粒体基因组数据。本项目所获得的丛赤壳科真菌24个线粒体DNA均为环状分子，其中Chaetopsina fulva H50具有最小的线粒体基因组，大小为27,129 bp；Macroconia cupularis 6790具有最大的线粒体基因组，大小为149,875 bp，为最小者的5.5倍。24个线粒体基因组的平均大小为56,860 bp，中位数为43,914.5 bp。生赤壳科的Clonostachys byssicola 5072作为外群，其线粒体基因组的大小为48,766 bp。丛赤壳科真菌线粒体基因组通常包括15个蛋白编码基因（atp6、atp8、atp9、cob、cox1、cox2、cox3、nad1、nad2、nad3、nad4、nad4L、nad5、nad6和rps3）、2个rRNA基因（大亚基和小亚基）和25至28不等的tRNA基因。丛赤壳科真菌线粒体基因组的大小与其蛋白编码基因内含子的数目直接相关，如Chaetopsina fulva H50线粒体基因组最小，不包含内含子；而Macroconia cupularis 6790线粒体基因组最大，包含40个内含子。采用系统发育基因组学方法，构建了该科基于42个线粒体基因组数据的进化树，揭示了其属间系统发育关系，发现其与核基因组多基因系统发育树具有一致的拓扑关系，支持了该科现有的分类系统。本项目澄清了该科部分属的概念，阐明了属间关系，为建立自然分类系统做出了贡献。研究结果将对真菌其他类群的系统发育研究提供科学依据。本项目完成了解析丛赤壳科20个属线粒体基因组的研究目标，并作为第一标注发表SCI论文两篇，达到了预期的研究成果。