揭秘金针菇菌盖颜色与菌柄长度的遗传秘密

金针菇（Flammulina filiformis），作为一种广泛栽培的食用菌，其驯化过程中遗传多样性的变化和基因组演化机制一直是科学家们研究的热点。

最近，中国科学院微生物研究所赵瑞琳研究团队在Journal of Advanced Research（IF=11.4）上发表题为“Pan-genome analysis reveals genomic variations during enoki mushroom domestication, with emphasis on genetic signatures of cap color and stipe length”的文章。该研究探讨了F.filiformis在驯化过程中基因组变异的情况，特别关注了菌盖颜色和菌柄长度的遗传特征。

图1 文章信息

该研究对199株野生和驯化菌株进行从头组装和全基因组分析。同时，利用存在-缺失变异（PAV）和单核苷酸多态性（SNP）数据，开展了全基因组关联研究（GWAS），结合 RNA 测序，以识别与驯化性状相关的基因，如菌盖颜色和菌柄长度，并通过遗传转化实验验证了基因功能。

研究结论：（1）种群结构：基于全基因组数据将菌株分为四个不同的种群，系统发育分析表明，品种1、品种2和品种3的群体可能来自于不同野生品种的三个独立的驯化过程，野生品种占第4个群体。品种1内的菌株主要表现出白色帽，杂合度低，并在全自动工厂条件下培养，反映了人工选择的最高强度。相反，品种2和品种3群体，包括白帽和黄帽，主要在温室条件下栽培，人工选择强度较弱，杂合度高于品种1。（2）遗传多样性：栽培菌株显示出较小的基因组、较少的基因数量和较低的遗传多样性。基因丢失与病原体敏感性：驯化过程中丢失的基因增加了栽培菌株对病原体的敏感性。驯化菌株对病原体敏感性的增加可能是由于在受控栽培环境中对抗病性的选择压力降低。因此，驯化菌株失去了野生菌株中存在的某些防御机制。（3）关键基因识别：确定了四个与菌盖颜色密切相关的基因，并通过遗传转化实验确认了其中两个基因（FfB和FfD）。（4）PAV变异的作用：研究强调了基于PAV的GWAS在识别蘑菇性状的候选基因方面的重要性，补充了基于snp的方法，尽管许多已鉴定的基因尚未被确定，需要进一步的研究。以往研究，由消费者偏好的驱动，对白颜色的选择一直是丝状菌驯化的主要焦点。然而，一旦建立了这一性状，育种的优先级可能会转向提高其他农艺性状，如产量、生长速度和抗病能力，这反映了更广泛的育种目标。该研究分析显示了4个与菌盖颜色密切相关的基因，其中3个通过PAV-GWAS鉴定，一个通过SNP-GWAS鉴定。随后的遗传转化实验证实了PAV-GWAS鉴定的两个基因（FfB和FfD）的功能相关性。这些结果强调了PAV变异在蘑菇驯化中的重要作用。

图2 文章研究内容摘要：Circos对遗传多样性的证明；泛基因组和核心基因组中基因家族的变异；全基因组关联分析和异驯化过程中的转录组变化

总结

这项研究不仅揭示了栽培和野生金针菇种群之间的重要基因组变异，包括驯化过程中病原抗性基因的丢失，还识别了与菌盖颜色和菌柄长度相关的关键基因，为未来的食用菌育种和进化研究提供了宝贵的信息。