基于PacBio三代测序的香瓜茄(人参果)基因组的组装北大核心CSCD

香瓜茄又名人参果,具有抗氧化、抗肿瘤、抗糖尿病等多种生物活性。为丰富茄科作物基因组信息及进化发育历程,获取香瓜茄全基因组序列信息,同时为香瓜茄相关分子研究奠定基础。以香瓜茄植物组织为试验材料,基于Illumina HiSeq构建小片段文库进行基因组特征评估,利用PacBio三代测序技术、Hi-C技术构建及组装香瓜茄全基因组数据库。利用生物信息学方法对获得的基因组序列进行组装、功能注释以及进化分析研究。结果表明,获得54.11 Gb Illumina HiSeq数据;获得55.08 Gb PacBio数据,reads平均长度为14 179 bp;获得Hi-C数据量约143 Gb;拼接得到该基因组contig序列总长为1.16 Gb,Hi-C纠错后contig N50为22.63 Mb;Hi-C挂载染色体,共有1.12 Gb长度的序列可以挂载到12条染色体上,占比97.16%;其中,能够确定顺序和方向的序列长度为1.08 Gb,占定位染色体序列总长度的96.11%,得到基因组大小1.25 Gb;预测有64.22%的重复序列,41 571个基因,99.06%的基因可以注释到NR、GO、KEGG等数据库中;预测得到4 360个tRNA、5 677个rRNA、154个miRNA;得到449个假基因。香瓜茄与马铃薯的进化时间大约在12.82 MYA。     

甘蔗鞭孢堆黑粉菌原生质体转化DNA双片段的基因敲除方法的建立

由甘蔗鞭孢堆黑粉菌Sporisorium scitamineum引起的甘蔗黑穗病是甘蔗生产的主要病害,严重影响了甘蔗的产量和品质,然而其分子致病机制报道很少,极大地影响了有效防控技术的开发。为了提高该病菌基因功能的研究效率,本研究以甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合两个关键基因SsGPA3和SsPRF1为目标,建立了基于DNA双片段的甘蔗鞭孢堆黑粉菌原生质体转化基因敲除技术体系。结果表明甘蔗鞭孢堆黑粉菌单倍体细胞生长期在OD₆₀₀约为0.7,28℃下10mg/mL细胞壁裂解酶作用30min获得的原生质体产率最高,再生率最优;使用线性DNA双片段转化获得阳性转化子的成功率达90%以上,显著高于线性DNA单片段和质粒。本方法的建立将极大地提高甘蔗鞭孢堆黑粉菌的基因敲除效率,同时也为其他真菌的基因敲除提供借鉴。     

彼得黑粉菌属

本文对彼得黑粉菌属(Franzpetrakia)进行订正研究。此属包括2个种,莠竹彼得黑粉(F. microstegii)和薏苡彼得黑粉新组合(F. okudairae comb. nov.)一对其孢子萌发同物异名及异同点等进行了讨论。彼得黑粉菌属是中国和日本的新记录属。芬竹彼得黑粉是中国新记录种。     

菰黑粉菌T-DNA突变体库的构建及分析

通过建立适用于菰黑粉菌Ustilago esculenta的农杆菌介导遗传转化(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT)体系,构建菰黑粉菌T-DNA插入突变体库。针对性地筛选双核菌丝形成缺陷型转化子,并对T-DNA插入位点进行分析,为研究菰黑粉菌二态型转换的分子调控机理打下基础。以构建的菰黑粉菌自融合菌株TSP为出发菌株,以含有遗传霉素(G418)抗性基因(neo)的质粒为载体,通过ATMT构建菰黑粉菌T-DNA突变体库,并对诱导剂乙酰丁香酮(AS)浓度、转化的共培养时间、农杆菌浓度和菰黑粉菌芽孢子浓度等建库影响因素进行单因素条件试验,筛选最优条件;对继代培养的转化子基因组中的遗传霉素抗性基因进行PCR检测,验证转化子遗传稳定性;对突变体库中的转化子双核菌丝生长情况进行观察,测定其双核菌丝形成能力;对上述双核菌丝形成缺陷型转化子进行基因组重测序,分析其T-DNA插入位点。当遗传霉素浓度为75 μg/mL时,菰黑粉菌的生长被完全抑制。当AS浓度为100 μg/mL、共培养时间为24 h、孢子浓度为1×10⁵个/mL、农杆菌浓度为OD₆₀₀=0.3时,转化获得转化子的效率最高,为菰黑粉菌ATMT最优转化体系。在突变体库中随机选取7株转化子在YEPS固体平板上继代培养10代,仍然能够通过PCR的方法在基因组中检测到neo基因片段,说明T-DNA成功插入TSP菌株基因组且稳定遗传。针对部分转化子进行双核菌丝生长能力测定,有5株转化子的菌落边缘没有形成菌丝,而TSP菌株的边缘长出了明显的菌丝,说明这5株转化子双核菌丝形成的能力丧失。对上述双核菌丝形成缺陷型转化子中的其中2个(TSP-1、TSP-23)进行基因组重测序,比对结果显示,TSP-1插入位点位于其交配型基因a位点的(GenBank: MK097140.1) mfa2.1基因的外显子区域,TSP-23插入位点位于两个假定蛋白之间。本研究优化了菰黑粉菌ATMT遗传转化体系,构建了菰黑粉菌T-DNA插入突变体库;筛选到双核菌丝生长缺陷型突变体,并通过基因组重测序的手段明确了相关突变体的T-DNA插入位点,为后续菰黑粉菌二型态转换的调控机理研究奠定了一定的基础。     

响应面法优化地衣Umbilicaria muehlenbergii多糖提取工艺及其体外活性研究

研究石耳属地衣Umbilicaria muehlenbergii多糖的提取工艺及其体外抗氧化、抗肿瘤能力。在单因素试验基础上,通过Box-Behnken design（BBD）和响应面分析法优化得出热水浸提法提取U. muehlenbergii多糖的最佳工艺条件。通过测定地衣多糖对1,1-二苯基-2-苦肼基自由基（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH）、羟自由基、超氧阴离子和亚硝酸盐的清除率,对其体外抗氧化能力、抗肿瘤能力进行了评价。结果表明,U. muehlenbergii多糖提取最佳工艺参数为温度90℃,时间每次4.5h,液固比40:1,提取次数5次。在此工艺条件下,U. muehlenbergii多糖实际提取率为10.63%。同时,该多糖具有较好的抗氧化、抗肿瘤能力,是一种潜在的开发资源。     

中国污核衣属地衣（污核衣科）四个新记录种

报道了中国污核衣科Porinaceae污核衣属Porina地衣的4个新记录种,分别是小溪污核衣P. fluminea、黄褐污核衣P. fulvella、四室污核衣P. tetramera和萨氏污核衣P. thaxteri。提供了各种的形态描述、形态及解剖照片。研究标本采自山东、贵州、广东及海南等地,保存于中国科学院菌物标本馆（HMAS）和山东师范大学植物标本馆（SDNU）。     

4种模式植物LRR VIII-2亚家族基因的鉴定和进化历史分析

全基因组重复与串联重复是发生基因重复的重要机制, 也是基因组和遗传系统多样化的重要动力。LRR-RLK编码富含亮氨酸重复的类受体蛋白激酶, 是被子植物进化史上发生大规模扩张而形成的多基因家族。拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtLRR-RLK包含15个亚家族, AtLRR VIII-2是其中发生串联重复比例最高的亚家族。通过分析拟南芥、杨树(Populus trichocarpa)、葡萄(Vitis vinifera)和番木瓜(Carica papaya) 4种模式植物中LRR VIII-2亚家族基因的扩张及差异保留情况, 结果显示, LRR VIII-2在杨树中的扩张程度最高, 在拟南芥和葡萄中的扩张程度居中, 但在番木瓜中发生丢失。拟南芥、杨树和葡萄LRR VIII-2亚家族具有旁系同源基因对, 但在番木瓜中未发现旁系同源基因。除杨树中的1对旁系同源基因外, 4种模式植物中LRR VIII-2亚家族的旁系和直系同源基因都受到较强的纯化选择作用。对LRR VIII-2亚家族进化历史的深入分析有助于理解基因重复在植物进化中的作用和意义, 可为预测同源基因功能及解析其它基因家族进化历史提供参考。     

多基因系统发育分析竹黄的分类地位

竹黄Shiraia bambusicola是一种重要的药用子囊菌,对其分类归属一直存在不同处理意见,主要原因在于形态分类学难以解释其不同的特征表现。为了对竹黄的分类地位做出更接近自然亲缘关系的解释,本研究以自测的S. bambusicola S4201菌株基因组为基础,结合Genome Warehouse（GWH）数据库中公布的S. bambusicola GZAAS2.1243菌株和GenBank数据库中公布的Shiraia sp. slf14菌株的基因组数据,选取nrSSU、nrLSU、tef-1α和rbp2 4段序列联合分析,与国际真菌生命之树计划（Assembling The Fungal Tree of Life,AFTOL）中的74种子囊菌比较,进行目级归属的系统发育分析;选择ITS、nrLSU和tub2 3段序列联合分析,与GenBank数据库中格孢腔菌目Pleosporales的30种真菌比较,进行科级归属的系统发育分析。分别采用最大似然法（maximum likelihood,ML）和贝叶斯推断法（Bayesian inference,BI）构建系统发育树,结果支持了单独建立竹黄科的分类处理,且竹黄科应归于格孢腔菌目,竹黄属中可能有隐存种。     

葡萄NCED基因家族进化及表达分析

9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是植物体内ABA生物合成的关键限速酶, 参与植物对干旱、外源ABA和高盐的响应过程, 降低环境胁迫对植株的危害。基于全基因组鉴定分析葡萄(Vitis vinifera) NCED基因家族成员, 探讨各成员的物种进化关系及各个基因成员在不同组织中的时空表达模式及对干旱、ABA和高盐(NaCl)胁迫的响应, 为进一步揭示该基因家族成员的生物学功能奠定基础。在葡萄基因组中共发现12个NCED基因。其推测的编码蛋白质长度在510 (VvNCED2)-625 aa (VvNCED10)之间。VvNCED蛋白的分子量最大值是70.53 kDa (VvNCED10), 最小值是57.85 kDa (VvNCED2)。在从祖先基因分化之后, 葡萄NCED基因发生了5次复制事件, 同时有2次丢失事件。NCED1/2、NCED3/4、NCED6/7和NCED9/10基因对被认为是通过片段复制产生。上述4对复制基因复制时间分布在3.08-120.0百万年前, 晚于单双子叶植物分化的时间。与对照相比, VvNCED1在ABA处理48小时后显著上调(72.1%), 而VvNCED2显著下调(84.0%)。VvNCED6只在干旱处理14、21和28天的根系中表达量高于对照, 分别为对照的2.49、1.05和1.09倍。VvNCED7只在干旱处理14天的根系中表达量高于对照, 为对照的1.07倍。在ABA处理72小时后, VvNCED3表达量较对照显著下调(59.5%), 而VvNCED4较对照显著上调(169.9%)。VvNCED3/VvNCED4分别在NaCl处理24和48小时出现显著性峰值, 较对照分别上调219.2%和114.4%。保守结构域不同组成和不同胁迫处理下差异表达模式是NCED蛋白发生功能分化的基础。推测NCED在进化过程中发生的功能分化有利于复制事件的发生。     

引起蓝莓茎溃疡病的葡萄座腔菌属Botryosphaeria二新种

在我国华南地区发现了两个引起蓝莓茎溃疡病的Botryosphaeria新种,即B. dolichospermatii和B. fujianensis,本研究对这两个物种进行了详细的形态学描述,并制作了图版。基于ITS、LSU、tef1-α和TUB等4个基因片段的综合系统学分析,B. dolichospermatii和B. fujianensis形成独立的分支,并与Botryosphaeria其他物种形成姐妹群;形态学特征也与系统发育关系较近的物种有明显区别。柯赫氏法则检验表明B. dolichospermatii和B. fujianensis均为蓝莓枝干溃疡病的病原菌。     

核转运蛋白SsKapJ调控甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合与菌丝生长

为了研究核转运蛋白SsKapJ在甘蔗鞭孢堆黑粉菌中发挥的作用,本研究利用PEG介导的原生质体转化方法获得基因敲除突变体,并进行了相关生物学表型分析.结果显示潜在核转运蛋白基因SsKapJ△突变体有性配合和菌丝生长显著减弱,转录组分析SsKapJ参与环磷酸腺苷/蛋白激酶A(cAMP/PKA)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK...     

人工栽培蛹虫草的病原真菌

蛹虫草规模化栽培过程中,真菌病害普遍发生且危害严重。本研究对人工栽培蛹虫草中真菌病害进行调研,对病原真菌进行分离、纯化、鉴定及致病性检验,并分析病害发生的特点。结果发现引起蛹虫草病害的病原真菌主要有虫草生齿梗孢、产扁虫菌素单端孢、镰刀菌、裂褶菌、哈茨木霉、淡紫拟青霉、稻绿核菌、粉红枝穗霉、卵孢单端孢、扩展青霉、黄曲霉和黑曲霉。其中虫草生齿梗孢为引起蛹虫草侵染性病害的主要病原真菌。虫草生齿梗孢、产扁虫菌素单端孢、镰刀菌、裂褶菌和哈茨木霉主要为害蛹虫草子实体;淡紫拟青霉、稻绿核菌、粉红枝穗霉、卵孢单端孢、扩展青霉、黄曲霉和黑曲霉主要为害栽培料与蛹虫草菌丝体。镰刀菌、裂褶菌、哈茨木霉、淡紫拟青霉、稻绿核菌和粉红枝穗霉为引起蛹虫草病害的首次报道。本研究为蛹虫草病害防控奠定基础,以促进产业健康发展。     

蝙蝠蛾鳞翅虫草Samsoniella hepiali模式菌株线粒体基因组系统发育分析

蝙蝠蛾鳞翅虫草Samsoniella hepiali是重要的药用虫生真菌,根据现代分类系统,隶属于虫草科Cordycipitaceae鳞翅虫草属Samsoniella。本研究对蝙蝠蛾鳞翅虫草模式菌株(ICMM 82-2)线粒体基因组进行测序、组装和注释,发现其线粒体基因组成闭合环状,大小为24 246 bp。基因区域占比为85.10%,共编码42个基因,包括15个蛋白质编码基因(PCGs)、2个rRNA基因和25个tRNA基因。15个PCGs均以ATG为起始密码子,以TAA为终止密码子,偏好密码子为UUA。各氨基酸使用频率具有较大差异,其中亮氨酸(Leu)出现频率最高。25个tRNA基因可转运全部20种氨基酸,其中19个tRNA基因二级结构为三叶草结构。本研究基于线粒体基因组中14个PCGs基因串联数据集,构建肉座菌目6科50个物种的系统发育树,进一步证实蝙蝠蛾鳞翅虫草模式菌株系统发育位置隶属于肉座菌目Hypocreales虫草科Cordycipitaceae鳞翅虫草属Samsoniella。通过虫草科线粒体基因组共线性分析,发现其中12个物种有5个同源区,3个物种存在6个同源区,同源区域A和B长度变异较大。与其他虫草科物种相比,蝙蝠蛾鳞翅虫草线粒体基因组较小,同源区域相对较短。蝙蝠蛾鳞翅虫草模式菌株线粒体基因组信息有助于鉴别其物种特异性,确定其系统发育关系,将为虫草系统发育研究提供新思路,为继续研究鳞翅虫草属物种药用价值提供系统发育依据。     

三种桑黄属真菌人工栽培子实体营养、药效成分及抗氧化活性分析评价

本研究通过测定人工段木栽培3年生杨树桑黄Sanghuangporus vaninii、鲍姆桑黄S. baumii、桑树桑黄S. sanghuang及野生桑树桑黄子实体的粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、氨基酸、多糖、三萜、总黄酮、总酚含量和抗氧化活性（ABTS和FRAP）,探究此3种栽培桑黄及野生桑树桑黄子实体的营养、药效成分及抗氧化活性差异。结果表明,供试材料在营养、药效成分及抗氧化活性上差异较大。其中,栽培鲍姆桑黄子实体粗纤维含量最低,多糖含量较高,总黄酮、总酚含量和ABTS、FRAP活性最高;栽培杨树桑黄粗纤维含量较低,粗脂肪含量最低,总黄酮、总酚、三萜含量较高,多糖含量最高;野生桑树桑黄粗蛋白、粗脂肪、总氨基酸含量最高,多糖含量较高,三萜含量最高,总黄酮、总酚含量和ABTS、FRAP活性最低;栽培桑树桑黄粗纤维含量较高,多糖、总黄酮、总酚、三萜含量和ABTS、FRAP均较低。栽培杨树桑黄、鲍姆桑黄和野生桑树桑黄在药效成分含量上各有所长。筛选到可结实、药效成分含量高的桑树桑黄菌株是可能的。桑黄优良品种选育是今后的工作重点。本研究为桑黄真菌资源开发利用提供了参考。     

湖北省极小种群野生植物在原生群落中的竞争地位及保护建议

极小种群野生植物是亟需保护、最为濒危的植物, 研究极小种群野生植物物种重要值和竞争格局对保护与恢复具有重要实践意义。本文通过野外群落调查, 研究了湖北省分布的7种极小种群野生植物大别山五针松(Pinus fenzeliana var. dabeshanensis)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、峨眉含笑(Michelia wilsonii)、小勾儿茶(Berchemiella wilsonii)、长果秤锤树(Sinojackia dolichocarpa)、黄梅秤锤树(S. huangmeiensis)和庙台槭(Acer miaotaiense)的重要值及改进后的Hegyi竞争指数。结果表明: 从重要值来看, 水杉、长果秤锤树在各自所属的群落中具有较高的重要值及较低的变异系数, 为群落中的优势种; 庙台槭和黄梅秤锤树重要值较高, 为群落中的亚优势种; 大别山五针松、峨眉含笑、小勾儿茶重要值较低, 为群落伴生种。从改进后的Hegyi竞争指数来看, 湖北省7种极小种群野生植物受到的竞争压力的来源和强度存在较大差异, 大别山五针松、峨眉含笑、小勾儿茶、黄梅秤锤树主要受到种间竞争, 而水杉、长果秤锤树、庙台槭主要受到种内竞争, 因此在制定保护措施前要充分考虑物种间的竞争情况, 才能采取更有针对性的保护措施。     

桑黄菌液体培养过程中酶活及多糖含量变化规律

桑黄孔菌属Sanghuangporus是一类具有重要药用价值的大型真菌,目前被国际公认为抗肿瘤效果最好的真菌之一。本研究以桑黄孔菌属中的杨树桑黄Sanghuangporus vaninii、鲍姆桑黄Sanghuangporus baumii和桑树桑黄Sanghuangporus sanghuang为研究对象,通过测定它们液体培养过程中第3、6、9、12、15、18和21天的菌丝生物量以及发酵液的多糖含量、蛋白质含量、漆酶活性、羧甲基纤维素酶活性、半纤维素酶活性、淀粉酶活性和蛋白酶活性等7个指标,对桑黄的生长代谢能力进行了评价。结果显示,3种桑黄真菌的发酵液均具有完整的胞外酶体系。相比之下,鲍姆桑黄的羧甲基纤维素酶、半纤维素酶和淀粉酶活性更高,杨树桑黄的漆酶活性更高,而桑树桑黄的蛋白酶活性更高,Pearson分析发现多糖的累积与其分泌的羧甲基纤维素酶、淀粉酶和半纤维素酶呈现显著正相关;蛋白质含量则与淀粉酶显著正相关。相应的,鲍姆桑黄和桑树桑黄在多糖含量和蛋白质含量方面显著优于杨树桑黄。研究结果为更好地研究、开发和利用桑黄提供了科学参考。     

极小种群濒危植物广西火桐、丹霞梧桐的叶绿体基因组特征

广西火桐(Firmiana kwangsiensis)和丹霞梧桐(F. danxiaensis)是我国南方特有物种, 其分布范围狭窄, 种群数量少。为了解其叶绿体基因组结构及系统发生关系, 本文通过高通量测序方法获得广西火桐和丹霞梧桐的浅层基因组数据, 通过生物信息学方法对叶绿体全基因组进行组装, 并对其结构特征进行分析。结果表明: 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组大小分别为160,836 bp和161,253 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构, 包含长度分别为89,700 bp、90,142 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC), 长度分别为19,970 bp、20,067 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC)及长度分别为25,583 bp、25,522 bp的2个反向重复序列区(inverted repeat sequence, IR)。两个物种的叶绿体基因组共注释得到131个基因, 包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因。广西火桐的叶绿体基因组中共检测出26个正向重复序列、2个反向重复序列、21个回文重复序列、21个串联重复序列和98个简单重复序列; 丹霞梧桐叶绿体基因组中共检测出23个正向重复序列、5个反向重复序列、21个回文重复序列、30个串联重复序列和107个简单重复序列。系统发生分析结果表明5种梧桐属(Firmiana)植物构成两个强烈支持的分支(支持率100%), 一个分支为广西火桐、美丽火桐(F. pulcherrima)和火桐(F. colorata), 其中广西火桐与美丽火桐构成姐妹群; 另一分支是互为姐妹群的丹霞梧桐和云南梧桐(F. major)。综上所述, 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组结构、基因排列及重复序列具有较高的相似性, 系统进化树将5种梧桐属物种分为两个分支, 其中广西火桐和美丽火桐最近; 而丹霞梧桐与云南梧桐关系最近。本研究鉴定的SSR位点可为梧桐属物种系统发生、进化关系的研究提供遗传信息。