我国人工栽培和野生黑色羊肚菌的菌种鉴定及系统发育分析
2023-04-21
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第30卷第3/4期 2015年8月 郑州轻工业学院学报(自然科学版) JOURNAL OF ZHENGZHOU UNIVERSITY OF LIGHT INDUSTRY(Natural Science) Vo1.30 No.3/4 Aug. 2015 文章编号:2095—476X(2015)3/4—0026—04 我国人工栽培和野生黑色羊肚菌的 菌种鉴定及系统发育分析 何培新 , 刘伟 , 蔡英丽。, 贺新生4 (1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院,河南郑州450001; 2.中国科学院水生生物研究所,湖北武汉430072; 3.华中农业大学应用真菌研究所,湖北武汉430071; 4.西南科技大学生命科学学院,四川I绵阳621002) 摘要:采用常规形态学原理,结合核糖体DNA转录间隔区(ITS)序列分析技术,对我国4个羊肚菌主 要栽培茵株和5个主要采集自川渝地区的野生分离物进行菌株鉴定和系统发育分析,研究遵循羊肚 菌MLST数据库的序列鉴定程序,基于系统研究过的可靠序列信息,对获得的ITS序列进行逐一比 对,选取相似度靠前的信息,构建系统发育树.结果表明,目前我国大面积种植的羊肚茵分别为梯纹 羊肚菌、六妹羊肚茵和七妹羊肚茵;5个野生种质分别鉴定为梯纹羊肚茵和高羊肚菌. 关键词:羊肚茵;IS序列分析技术;菌种鉴定;系统发育;种质资源 T中图分类号:Q93;¥567.3 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.2095—476X.2015.3/4.006 Strain identiication and phylogenetic analysis of cultivated and fwild strains of Morchella belonging to Elata Clade in China HE Pei.xin ,LIU Wei ,CAI Ying...1i,HE Xin.sheng (1.College ofFood and Bioengineering,Zhengzhou University f o£Idusntry,Zhengzhou 450001,China; 2.Institute f oHydrobiology,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430072,China; 3.Istnitute fApploeid Mycology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430071,Chia;n 4.College of Life Science and Engieenring,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621002,China) Abstract:Applying regular morphology combined with the technology of ITS sequence analysis,the identi— fication and phylogenetic analysis of the 4 cultivated strains and 5 wild morel isolates mainly collected from Sichuan province and Chongqing municipality were carried out.The study ̄llowed the sequence identifica・ tion program required by data bank of muhilocus sequence typing(MLST).The phylogenetic tree was con— structed with reliable sequences obtained from BLAST one-by-one comparison.The results suggested that the cultivated morel varieties were identified as Morchella importuna.M.sextelata and M.septimelata.In addition,5 wild isolates were identiied as felata and M.importuna,respectively. Key words:Morchella;ITS sequence analysis technique;strain identification;phylogenetic;germplasm resource 收稿日期:2015—04—08 基金项目:河南省科技创新杰出青年项目(134100510017) 作者简介:何培新(1970一),男,河南省民权县人,郑州轻工业学院教授,博士,主要研究方向为蕈菌生物技术. 通信作者:刘伟(1984一),男,河南省镇平县人,中国科学院水生生物研究所助理研究员,硕士,主要研究方向为微生物 遗传. 第3/4期 何培新,等:我国人工栽培和野生黑色羊肚菌的菌种鉴定及系统发育分析 0 引言 羊肚菌(MorcheUa)隶属于子囊菌亚门(Ascomy. 生子囊果,子囊果发生地详见图1.栽培菌株M一 16,M一17,M一18和M一20的商业名称分别为羊肚 菌1号、3号、6号和7号,由重庆市彭水县诚志食用 cotina),是世界性分布的珍稀名贵食用菌,具有较大 的食用和药用价值 .虽然羊肚菌野生种质资源比 较丰富,但是仅靠人工采集仍难以满足市场需求, 且大量采集也会破坏羊肚菌的自然生态,造成种质 菌股份合作社提供,其余标出基因号的材料均来自 基因库. 试剂:酵母粉、胰蛋白胨,均为生化试剂,北京 双旋微生物培养基制品厂产;Tris碱、EDTA,均为分 资源的不断减少.近年来,我国人工栽培羊肚菌(主 要是黑色羊肚菌支系的种类)取得了突破性进展, 特别是川渝一带的“大田人工羊肚菌栽培技术”l2], 推广面积不断扩大.然而,目前我国羊肚菌的人工 栽培也面临着很多亟待解决的问题,其中,还未确 定广泛栽培品种的分类地位等问题比较突出,在一 定程度上制约了羊肚菌产业的健康、稳定和长远 发展. 基于宏观和微观形态特征的传统分类所造成 的羊肚菌同物异名和异物同名的现象比较严重…. 核糖体DNA转录间隔区ITS(internal transcribed spacer)序列分析技术广泛用于真菌的分子鉴定和 系统发育分析 I4j,然而,由于基因库(Genbank)ITS 数据是由不同作者提交的,可能存在着定种不准确 等问题,影响基于ITS序列分析的鉴定结果.鉴于 此,J.W.Taylor等 采用多基因谱系一致性系统发 育学物种识别法,通过分析多个基因的DNA序列来 界定物种,使分类与鉴定结果更加科学和客观.该 技术有效地应用于羊肚菌的分类和系统发育分析, 提出羊肚菌属由黄色羊肚菌支系(Esculenta Clade)、 黑色羊肚菌支系(Elata Clade)和变红羊肚菌支系 (Rufobrunnea Clade)构成 -sj;开发了羊肚菌多基 因序列模标数据库MLST(muhilocus sequence typ. ing),收录了大量准确鉴定的羊肚菌分子信息 ].本 文拟采用常规形态学原理,结合ITS序列分析技术, 对目前我国广泛使用的黑色羊肚菌支系的4个栽培 品种和5个主要采集于川渝地区的野生分离物进行 分子鉴定和系统发育分析,以期为规范我国羊肚菌 人工栽培及野生羊肚菌驯化和菌种选育等提供 参考. 1材料与方法 1.1材料与仪器 主要材料:羊肚菌野生分离物M一4,M—l2, M一14,M一15和M一19,组织分离自各地采集的野 析纯,上海生工生物工程有限公司产;琼脂糖、琼脂 粉,均为生化试剂,西班牙Biowest公司产;葡萄糖、 氯化钠、冰乙酸和氢氧化钠,均为分析纯,国药上海 化学试剂公司产;真菌基因组DNA抽提试剂盒 (Ezup)、PCR扩增试剂盒(Taq)、柱式DNA胶回收 试剂盒(UN1Q一10)、T一载体PCR产物克隆试剂 盒、染色剂和凝胶上样缓冲液,均购自上海生工生 物工程有限公司;IST 和IST 特异扩增引物,均由 上海生工生物工程有限公司合成;DL2000 DNA Marker,宝生物工程(大连)有限公司产. 仪器:CF16RXII高速冷冻离心机,13本株式会 社日立制作所产;PCR仪(P X2),美国Thermo Elec. tron产;UV2000紫外/可见分光光度计,上海凤凰光 学科仪有限公司产;BioRad 3000双恒电泳仪,美国 BioRad公司产;BS200S电子分析天平,北京赛多利 斯天平有限公司产;ULTRA—LUM OMEGA 10凝胶 成像系统,美国OMEGA公司产;HH一4电热数字恒 温水浴锅,常州国华电器有限公司产;SPX一160B一 2恒温培养箱,上海福玛实验设备有限公司产; 101 A一1电热恒温鼓风干燥箱,上海市实验仪器总 厂产;DSX一280A不锈钢手提式灭菌锅,上海申安 医疗器械厂产;SN—CJ IFD超净化工作台,苏净集 团苏州安泰空气技术有限公司产;Zeiss A1显微镜, 德国Zeiss公司产. 1.2实验方法 1.2.1 形态学鉴定 供试分离物首先通过菌丝形 态、产色素情况和菌核性状等进行初步鉴定,并结 合子囊果宏观形态和子囊、侧丝、子囊孢子等微观 形态特征,进行传统分类学鉴定¨ . 1.2.2分子鉴定和系统发育分析羊肚菌菌丝体 培养、基因组DNA提取、IST序列扩增与测序、序列比 对分析等参见文献[12].序列测定后,通过测序峰图 去掉两端低质量的测序碱基,并进行合并拼接,获得 完整的IST序列数据.将拼接完整的数据与经过系统 研究的相关基因序列一起进行系统发育分析.系统发 郑州轻工业学院学报(自然科学版) 育分析采用Clustal X和MEGA 5.0软件进行:原始数 据首先通过Clustal X比对对齐,获得aln文件;通过 MEGA 5.0读取aln文件,转换为meg格式,构建泊松 崇州市、郫县和涪城区的羊肚菌栽培品种进行了鉴 定,发现栽培品种都是梯纹羊肚菌.羊肚菌1号是目 前我国推广应用最广的品种,该品种原基初期细 长,高5—8 mm,直径2—3 mm,豆芽状,浅白色或米 白色;原基发育2—3 d后,分化出菌盖和菌柄,表现 为二者分离,菌盖灰白色、浅灰色,菌柄基部有细绒 毛;3—5 d后,菌盖颜色加深,表现为黑褐色、灰黑 色,开始分化形成脊,菌柄基部稍膨大,有沟痕出 现;原基出现后15—25 d子实体成熟(气温不同,子 实体成熟需要的时间不等).成熟子囊果菌盖颜色 比幼嫩时稍浅,呈浅灰色、灰黑色或浅褐色,脊竖直 排列,与菌盖等表面横隔,与脊垂直,呈梯格状.羊 肚菌1号菇型稳定,变异度小;适应6—23 cI=较宽温 度范围,出菇周期长.羊肚菌3号主要在原基形态和 分化时间方面与1号品种不同:原基短粗,高3~ 5 mm,直径2—3 mm;菌盖与菌柄分化较早,通常在 检测系统发育树.发育树构建采用NJ法(邻近遗传距 离法),泊松值设定为1 000,种子选定为“随机”,其他 参数均设定为软件默认参数【1 . 2结果与讨论 图1为黑色羊肚菌支系栽培及野生种类的系统 发育聚类图.常规形态学特征结合ITS序列分析鉴 定结果表明,羊肚菌1号和羊肚菌3号为梯纹羊肚 菌( imponuna),羊肚菌6号为六妹羊肚菌( sextelata),羊肚菌7号为七妹羊肚菌(M.septimela. ).它们均被聚类于黑色羊肚菌支系. 梯纹羊肚菌目前在我国栽培应用最为广泛,占 种植面积的95%以上.王波等 对成都市大邑县、 l00 黄色羊肚菌支系 50广JQ723026M.punctipes 『L-JQ723033M.populiphild L—JQ723023Msemizf6Pr口 .99 I JQ723042M septimelata M一18(羊肚菌6号1 一JQ723040M.septimelata lJQ618543M.sp.Mel-21/33 23 fM—l2安徽六安 99 — lJQ P№ ¨ _1M一4四川绵阳 lJQ618728 M.sp.Mel一21/33 JQ723034M.sextelata JQ723035M.sextelata M一20(羊肚菌7号) rJQ723047M.capitata .M一15重庆彭水 Il JQ723O52M.importuna _J M一17(羊肚菌3号) l JQ72305 1M.importuna lM一16(羊肚菌1号) l 1 IM一19四川绵阳 l —————————— 4lJQ723049M・impOFmM M—l4重庆彭水 0.O2 图1 黑色羊肚菌支系栽培及野生种类的系统发育聚类图 第3/4期 何培新,等:我国人工栽培和野生黑色羊肚菌的菌种鉴定及系统发育分析 ・29・ 能观察到原基的时候,菌盖已经开始分化;此外, 3号品种是爆发性出菇,出菇密度较高. 六妹羊肚菌和七妹羊肚菌是近年来才被描述 的两个品种 _9,H ,呈欧洲一东亚一美洲间断式 分布.二者的宏观和微观形态没有明显差异,但ITS 等保守基因序列却差异较大,因此被定义为两个不 同的品种【1引.这两种羊肚菌同属于黑色羊肚菌支 系,主要形态特征为:子囊果中等偏大(8~14 cm); 随着子囊果的成熟,菌盖颜色由棕黄色、金黄色逐 渐加深;菌柄与菌盖之间的连接处有细微可辨的凹 痕.我国六妹羊肚菌和七妹羊肚菌主要自然生长于 云南省,曾被认为是“最易成功栽培”的喜火烧地的 黑色羊肚菌种类nJ J ;然而这两种羊肚菌目前在 我国的栽培面积不大,但其产量与梯纹羊肚菌相 当,因而具有很好的开发利用前景. 野生羊肚菌自然种质中,自然生长于四川绵阳 的M一4和安徽六安的M一12为高羊肚菌( ela— ta),重庆彭水的2个分离物(M—l4和M一15)与来 自四川绵阳的M一19为梯纹羊肚菌(图1),表明我 国川渝地区羊肚菌自然种质资源非常丰富,这与前 人的报道一致 J .高羊肚菌野生种质资源也比较 丰富,是有待于进一步开发利用的另一个种类. 3结论 本文采用常规形态学原理,结合ITS序列分析 技术,将目前我国广泛人工栽培的羊肚菌品种鉴定 为梯纹羊肚菌、六妹羊肚菌和七妹羊肚菌,其中,梯 纹羊肚菌为主要的栽培种类,六妹羊肚菌和七妹羊 肚菌的人工栽培有待于进一步推广应用;5个野生 种质分别被鉴定为梯纹羊肚菌和高羊肚菌.分析鉴 定结果表明,我国蕴含着丰富的野生羊肚菌种质资 源,可为人工驯化栽培和菌种选育提供大量素材, 有利于我国羊肚菌产业的持续和长远发展. 参考文献: [1] 杜习慧,赵琪,杨祝良.羊肚菌的多样性、演化历史及 栽培研究进展[J].菌物学报,2014,33(2):183. 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