银耳纲酵母典型属、种有性生殖的比较和进化基因组学研究

Sexual reproduction is conserved throughout each supergroup within the eukaryotic tree of life. The benefits of sexual reproduction include promoting the evolution of new species, purging the genome of deleterious mutations and shuffling the genome via independent chromosomal assortment and recombination to give rise to a diverse repertoire of meiotic progeny, increasing genetic diversity to increase the chances for enhanced fitness. Also, the sexual reproduction is thought to be related to the pathogenicity of clinical fungi. Tremellomycetous yeasts is the only lineage that contains the yeast taxa in the Agaricomycotina. Tremellomycetous yeasts include not only the fatal pathogens, such as Cryptococcus neoformans but also important economic fungi, such as Tremella fuciformis. Therefore, to intensively study the evolution and mechanism of sexual reproduction in tremellomycetous yeasts display either scientific significance or clinical and economic importance. On the basis of type strains and strains isolation from different natural environments, this project will perform 1) mating experiment and population genetic study using multiple gene sequence analysis to illustrate genetic diversity and recombination of different mating-type (MAT) lineages; 2) genome sequecing of type species and representiative species with different mating types to reveal the struture of MAT loci; 3) comparative genomics analysis of asexual and sexual species and unicellular and fruiting-body forming species, aiming to reveal the evolution and molecular mechanism of sex reproduction.

有性生殖是真核生物的共同特征。有性生殖是物种形成和进化的重要推动力；通过基因重组清除基因组内的有害突变；增加物种的遗传多样性以适应不同生境；有性生殖还被认为与病原菌的致病性紧密相关。 银耳纲酵母(Tremellomycetous yeasts)包含担子菌门伞菌亚门中所有单细胞真菌，不仅含有重要的人体致病菌，银耳目等种类有性生殖产生的子实体还是重要的食药用菌。因此深入研究银耳纲酵母有性生殖的进化机制具有重要的科学意义以及医学和经济价值。本项目拟在广泛分离和收集环境菌株的基础上，结合交配实验和多基因序列分析等群体遗传学研究方法，揭示银耳纲酵母典型属、种不同交配型谱系间的遗传分化和演化关系；利用基因组测序，解析有性生殖基因座的结构；通过比较基因组学分析阐明近缘无性型种和有性型种、单细胞和子实体形成种类的有性生殖的进化和调控机制，为生产中培育和改良食用菌种奠定基础。

有性生殖是物种形成和进化的重要推动力。银耳纲真菌中包含腐生的单细胞酵母类群(无性型种)和能形成子实体的菌寄生真菌(有性型种)，深入研究有性生殖的进化机制具有重要的科学意义以及经济价值。本项目在广泛分离和收集环境菌株的基础上，开展基于交配型多基因序列分析的交配系统研究；利用基因组测序，解析有性生殖基因座的结构；通过比较基因组学分析阐明近缘无性型种和有性型种的有性生殖等基因组进化特征，为生产中培育和改良食用菌种奠定基础。本项目较为圆满地完成了各项指标，主要研究内容和结果包括: 1) 从覆盖我国温带、亚热带和热带的7个省份的原始森林采集菌寄生真菌子实体样品30 余份，进行宿主和寄主真菌的分离，其它类群酵母菌株1500余株，对其进行精确鉴定并保藏；2) 搜集担孢子群体进行基于交配型多基因序列分析的交配系统研究，结果显示银耳属真菌有性生殖结构属于四级交配系统；3) 对7株菌寄生真菌进行PacBio sequel测序，组装和注释，并整合数据库中已有的21株银耳纲真菌物种，进行了系统发育基因组和比较基因组学分析。基于全基因组的减数分裂基因和有性生殖交配位点基因搜索得知，无性型种和有性型种同时含有大部分交配型位点和减数分裂基因，预示着有性生殖的保守性；对腐生真菌和菌寄生真菌基因家族进行统计学分析，差异基因多集中于酯酶、糖基水解酶、糖转运、逆转录酶等功能；使用单拷贝基因家族构建物种树，进行CAZy基因家族的扩张收缩分析，植物细胞壁降解酶类尤其是果胶酶类在菌寄生物种中数量显著减少。已发表研究论文3篇，授权专利1项，参与编撰书籍1本，预计将在高影响因子SCI期刊再发表1篇研究论文。