青藏高原高寒草甸外生菌根真菌——黄绿卷毛菌小尺度空间遗传结构及其基株分布动态研究

Ectomycorrhizal fungi (ECM fungi) plays a key role in the ecosystem. Currently, the population genetic structure study of ECM focuses on the number of genotypes and their spatial distribution. The underlying mechanisms that lead to the generation and maintenance of these genotypes remain unclear. The ECM fungal life cycle is generally composed of two processes: sexual reproduction and vegetative mycelial extension.　The balance between those two processes is one of the most important factor that influence the distribution pattern of ECM. The most effective way to dissect the secret of ECM reproduction is to examine the genets. In this proposed grant, we will develop new SSR markers for Floccularia luteo-virens, a wildly distributed ECM fungi on the meadow of Qinghai-Tibet plateau to reveals the distribution pattern and the relative between above- and blow-ground genets, the reproductive characteristic, genets dynamics and gene flow of this species. This research will shed light on the ecological function, reproductive strategy and conservation. Furthermore, the knowledge gained from this study can be useful for understanding the function and diversity of the ECMs under the grassland ecosystem.

外生菌根真菌（ECM）是草地生态系统的重要组成部分。目前对于ECM种群遗传结构的研究，多集中于研究其基因型的数量及空间分布。然而，对这一结构的形成机制缺乏了解。ECM的生殖方式包括有性生殖与菌丝体的营养生长，这两种生殖方式的动态平衡是影响ECM种群空间分布模式的重要因素之一。当前，研究ECM基株（genet）的分布模式（基株尺寸、密度及持续性）是研究其生殖方式的最有效的手段。本项目拟利用全新开发的适用于测序分析的SSR引物研究青藏高原高寒草甸上广泛分布的ECM黄绿卷毛菌（Floccularia luteo-virens）的基株分布模式、地上、地下基株相关性，并探究其生殖特点、种群动态及基因流。预期研究结果将对了解黄绿卷毛菌生态学作用、生殖状态以及子实体资源的保护提供有力的支持，也为今后草地生态系统其他ECM的相关研究提供理论支持。

外生菌根真菌（ECM）在陆地生态系统中起着至关重要的作用，他们在吸收宿主光合作用产物的同时能够扩大宿主根系的吸收面积从而提高宿主的抗逆能力，同时外生菌根真菌的子实体，是人类重要的食物来源之一。目前，对于菌根真菌遗传结构的研究，多集中于研究单个或多个物种的单倍型的分布，而对于造成特定物种单倍型分布原因的研究非常有限。ECM种群空间分布模式主要是受其生殖方式的影响，研究ECM基株（genet）的分布模式（基株尺寸、密度及持续性）是研究其生殖方式的最有效的手段。本研究以分布在青藏高原高寒草甸上的黄绿卷毛菇（Floccularia luteovirens）为研究对象，连续三年（2015-2017）采集3块样地、5个蘑菇圈所有地上子实体（235个）及2017地下土壤样本（95份），系统研究了该物种基株的分布模式、种群动态、地上地下基株相关性、生殖特性及孢子散布能力。结果表明：1.各样地各个蘑菇圈均由多种基株组成，这可能由于蘑菇圈在扩张的过程中与其他的蘑菇圈产生了融合。2.各样地各个蘑菇圈基株尤其是子实体较多的优势基株每年的分布位置、数量是比较稳定的，而一些数量相对较少的基株有很多只是短暂的出现。产生这一现象的主要因素是priority effects（先入者效应）的产生，即在特定空间内首先侵染宿主根尖的基株具有压倒性的优势，它们会不断扩张、繁殖，而新的基株往往无法与它们竞争。3.地下基株与地上基株无论在分部范围还是基株类型上都呈现一一对应的关系。4.从各个样地基株的大小及密度来看，子实体数量多、直径大的基株在各蘑菇圈中占有一定的优势，黄绿卷毛菇在青藏高原高寒草甸上更倾向于无性生殖的方式对外扩张。5.结合Spatial structure analysis分析综合分析，青藏高原高寒草甸上黄绿卷毛菇在短距离上倾向于相同基株的聚集，也预示其孢子具有较短的传播距离。本研究成果为今后类似研究在采样策略方面提供了支持，也为进一步研究外生菌根真菌小尺度遗传结构提供了理论支持。在本项目资助下，已发表SCI研究论文4篇，CSCD论文2篇、申请发明专利一项并协助培养博士研究生2名。