草菇有性生殖类型的生物学验证及其兼性配合特性研究

Volvariella volvacea is an important cultivated mushroom in China, but has a controversial issue on the sexual reproduction, which sometimes hindered the development of the breeding research. This project will combine the methods of microscopic observation, mating type gene cloning, molecular markers and cultivation test to study on the biological characteristic of the sexual reproduction of V. volvacea, based on the whole genome sequence and the widely collection of wild and cultivation strains. We will verify the ratio of homokaryon and heterokaryon among the basidiospores, and analyze the correlation between the number of nuclei and the ploidy in basidiospore and the fertility of the single spore isolates. The study will also clone the mating type genes and analyze the molecular biological structure of the mating type locus to understand their function controlling the sexual reproduction. We hope the results will provide new perspective on the mechanism of the sexual reproduction of V. volvacea.

草菇是我国食用菌产业中一种重要栽培品种，有性生殖类型是草菇研究中一直存在争议的基本生物学问题，这在一定程度上阻碍了草菇杂交育种研究的深入开展。本项目计划在已经完成草菇全基因组测序的前期工作基础上，拟广泛收集草菇野生菌株和栽培菌株，综合运用显微观察、交配型基因克隆、分子标记和栽培出菇试验等研究方法，对草菇同宗异宗兼性配合性质展开多样本、多层次、多角度的研究，探明草菇担孢子中同核体和异核体比例，以及与担孢子的细胞核数量、倍性和出菇结实能力之间的关联，并在分子层面解析草菇交配型基因的分子遗传学结构及其控制有性生殖的功能，为阐明草菇有性生殖机制提供科学基础。

草菇是我国食用菌产业中一种重要的栽培品种，具有悠久的栽培历史，也很受消费者喜爱。有性繁殖类型是草菇研究中一直存在争议和结论不确定的基本生物学问题，这个现象的存在在一定程度上阻碍了草菇杂交育种研究的深入开展。本项目从细胞形态学、分子遗传学等多个层面对草菇有性繁殖特点开展研究。.使用荧光染色方法观察了草菇有性担孢子中细胞核的数量，结果表明，草菇担孢子中细胞核的数量绝大多数为单个（比例为82.82-97.92%），但是能够观察到一定比例（2.08-14.35%）的双核担孢子，这些担孢子中的双核可能是一对携带不同交配型的可亲和的单核，这个观察结果为解释草菇单孢分离菌株携带不同交配型分子标记的现象提供了细胞学基础。对不同来源的草菇菌株单孢分离菌株运用交配型基因分子标记进行分子鉴定，结果表明草菇孢子中同核体平均为79.35%，异核体平均为13.74%。综合这两个方面的研究可以推定草菇双核孢子是产生双交配型的生物学原因，也是单孢分离菌株能够结实的遗传学原因。.草菇有性孢子核相研究是探明草菇遗传规律的重要研究方法，通过对草菇子实体不同发育时期菌褶组织中担子细胞核的荧光显微观察，结果表明，符合细胞核减数分裂的特征均可在草菇伸长期、破膜期和开伞期观察到。草菇担子内细胞核相典型变化过程可总结如下：从小纽扣期开始两个核以成对方式进入担子细胞内，并在担子细胞基部进行融合。核融合后的单核体经减数分裂形成4个核，以1核或2核为一组进入担孢子。.草菇交配型基因是控制有性繁殖的功能基因，草菇A交配型位点包含一对HD1和HD2基因。根据HD1和HD2基因的序列多态性，在10个供试菌株中分离出9个交配型位点（A1-A9），进一步证实草菇具有有性繁殖的遗传学物质基础。研究还表明，不同菌株之间具有相同的A交配型，这说明这些菌株可能都具有一个共同的亲本，通过杂交后形成了新的菌株。9种草菇交配型基因系统进化树分析结果表明，虽然这9种交配型基因来源于中国、泰国和印度，但是从交配型基因的亲缘关系来看不存在地理来源的差异。.综合上述研究，可以明确认为草菇是一种具有同宗结合和异宗结合特点的兼性结合繁殖方式，这是首次在食用菌中系统研究和报道了兼性结合繁殖方式。研究方法和结果都可以为开展草菇杂交育种提供有效的指导和借鉴。