鹅膏科系统发育框架构建及营养方式演化研究

Species of the family Amanitaceae are economically and ecologically important. Some of them are well known edible mushrooms worldwide, while some of them are deadly poisonous. As one of the most widely recognized groups of mushroom-forming fungi in the world, although mycologists have carried out a number of studies about the family, the phylogeny of Amanitaceae is still unresolved. Otherwise, nearly 95% of the species of Amanitaceae are ectomycorrhizal (ECM) fungi and only a small number of them grow apart from plant hosts as free-living saprobes. Then, how did symbiotic fungi originate and evolve within the family? By means of molecular phylogenetic analyses based on 20–30 single-copy orthologous genes obtained from the genomes of Amanita jacksonii, A. muscaria, A. thiersii, Volvariella volvacea and Pluteus cervinus, encompassing 45 species from all five genus of the family, this project intends 1) to identify additional gene markers to construct a well-resolved phylogeny of Amanitaceae; 2) to investigate the trophic evolution within the family. The research has an important scientific significance in understanding the inter- and intra-generic phylogenies of Amanitaceae. It will also contribute to the knowledge of the origin and evolution of ECM fungi within the family.

鹅膏科真菌具有重要的经济价值和生态价值，有些种是著名的食用菌，而有些种则是有名的剧毒菌，常引起中毒造成生命财产的巨大损失。前人已开展了大量关于该科的研究，但鹅膏科内各属间及鹅膏属内主要分支间的系统关系至今仍不清楚；该科约95%的物种均为外生菌根菌，仅少部分为腐生菌，那么外生菌根菌在该科内又是如何起源和演化的？针对上述问题，本研究基于已公开发表的鹅膏科及其近缘类群草菇属和光柄菇属物种的全基因组序列，筛选20–30个单拷贝直系同源基因，并结合线粒体的两个基因片段，对该科5个属约45个物种开展分子系统学研究，构建鹅膏科的系统发育框架，澄清科内属间及鹅膏属内主要分支间的亲缘关系并探讨科内物种间营养方式的演化规律。本项目对于解决鹅膏科各属间的系统关系，以及该科内外生菌根共生关系的起源与演化问题具有重要的科学意义。

鹅膏科Amanitaceae真菌具有重要的经济价值和生态价值，有些种是著名的食用菌，而有些种则是有名的剧毒菌，常引起中毒造成生命财产的巨大损失。前人已开展了大量关于该科的研究，但鹅膏科各属间及鹅膏属内主要分支间的系统关系至今仍不清楚。该科约95%的物种均为外生菌根菌，仅少部分为腐生菌，就外生菌根菌在该科内是如何起源和演化的亦不明确。为解决上述问题，本项目对采自全球的1200余份鹅膏科标本进行了多基因（nrLSU、ITS、rpb2、tef1-α和β-tubulin）联合分析，结果支持将该科划分为5个属并提出了新的鹅膏属分类系统，即该属应包括3亚属11组而非前人提出的2亚属7组。综合分子系统发育研究、形态学研究和生态特征（海拔、宿主植物等），界定了鹅膏科200余种，其中我国有162种，包括新种50种。因基于5个基因片段的系统发育分析并不能解析鹅膏科各主要分支间的亲缘关系，本项目选取了该科47个代表种的100份样品，利用鹅膏科已公开发表的基因组数据，筛选了100个单拷贝直系同源基因进行扩展，对其中56个扩增效率较高的基因片段进行了建库和二代测序，最终采用37个数据较为完整的基因片段进行了系统发育研究，结果清晰地解析了该科各属之间及鹅膏属各分支间的亲缘关系。在此系统发育框架的基础上，同位素C和N的分析结果表明鹅膏科较早分化出来的4个属及鹅膏属内最先分化出来的鳞鹅膏亚属均为腐生菌，外生菌根菌在鹅膏科内是由腐生菌单次演化而来。分化时间推算和物种演化速率分析结果表明随着营养方式的转变，鹅膏科的物种演化速率亦发生了明显的变化，外生菌根关系的形成是该科物种快速分化的关键驱动因子之一。本项目已发表论文3篇（其中IF>9的论文1篇）。本研究对毒蘑菇识别及中毒预防等具有较重要的应用价值，对认识大型真菌与植物的协同演化具有较重要的科学意义。