丛赤壳科分子系统学及基于基因组分析的DNA条形码筛选

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丛赤壳科真菌物种多样性丰富,主要分布于热带、亚热带和温带地区,在工农业、医药、环境与健康等方面具有较高的经济重要性。DNA条形码技术是利用一段短而通用的DNA序列,实现快速、准确物种鉴定的工具。该技术在生物多样性评估、外来物种检疫、生态学、自然资源保护、食品和饲料安全、法医检验以及人类健康等领域具有重要的应用前景。基因组携带着生物系统进化的全部信息,快速增长的基因组数据为真菌DNA条形码提供了新的研究途径。开展丛赤壳科真菌的分子系统学和DNA条形码研究,对澄清该科部分属和种的概念、探讨属间和种间的系统发育关系以及快速准确的物种鉴定具有重要意义。  本研究选择ITS、LSU、Hsp90和RPB2序列片段对丛赤壳科的18属57种真菌进行多基因联合分析,探讨该科真菌的系统进化关系。研究结果在很大程度上支持其他学者的结论,Chaetopsinectria、Cosmospora、Ilynectria、Neonectria、Lanatonectria、Thelonectria和Volutellonectria属的成员均形成独立的分支,表明它们是单源类群。Albonectria、Cyanonectria、Gibberella、Haematonectria和Leuconectria聚类在一起,表明这些属的亲缘关系较近,其无性型均为Fusarium。包括模式种在内的Pseudonectria两个种位于不同分支,且系统发育关系较远,是异源类群;单种属Rubrinectria没有形成独立分支,而以100%的支持率与Nectriapseudotrichia聚类到一起,由此对Rubrinectria作为独立属提出了质疑。  在DNA条形码研究方面,利用粗糙脉孢菌的注释基因与30种丝状子囊菌基因组进行比较分析,根据E值大小评价同源序列的进化速率,选择Hsp90、AAC、CDC48和EF3基因作为候选DNA条形码标记,以丛赤壳科16个属34个概念清晰的种为材料,采用不同方法对215个序列片段进行分析,利用种内与种间序列差异和序列获得的难易程度作为评价指标,筛选适合于该科真菌的DNA条形码。结果表明,EF3基因种间序列差异均大于种内差异,不存在种内、种间遗传距离重叠,并具有较高的PCR扩增和测序成功率(96.3%),满足作为DNA条形码的条件;CDC48基因具有合适的种内、种间序列差异,但PCR扩增和测序成功率相对较低(84%);Hsp90和AAC基因序列容易获得(成功率分别为96.3%和97.5%),其种内、种间序列差异存在重叠,可能导致部分种的错误鉴定。研究建议采用EF3基因作为丛赤壳科真菌的补充DNA条形码。  为进一步揭示丛赤壳类真菌的物种多样性,采用现代分类观点对采自安徽、吉林和北京等省区的143份标本进行分类研究,对部分标本进行单孢分离获得纯培养菌株90份;将形态解剖、培养特性、有性型-无性型关联和DNA序列等性状相结合进行综合分析,鉴定出丛赤壳科10属23种、生赤壳科2属6种。描述新种7个:安徽赤壳(CosmosporaanhuiensisZ.Q.Zeng&W.Y.Zhuang)、南京赤壳(CosmosporananjingensisZ.Q.Zeng&W.Y.Zhuang)、两型马利亚霉(MariannaeadimorphaZ.Q.Zeng&W.Y.Zhuang)、NectriazangiiZ.Q.Zeng&W.Y.Zhuang、中国皱赤壳(RugonectriasinicaW.Y.Zhuang,Z.Q.Zeng&W.H.Ho)、北京乳突赤壳(ThelonectriabeijingensisZ.Q.Zeng,J.Luo&W.Y.Zhuang)和云南乳突赤壳(ThelonectriayunnanicaZ.Q.Zeng&W.Y.Zhuang),建立新组合3个:臧氏杆胞赤壳[Allantonectriazangii(Z.Q.Zeng&W.Y.Zhuang)Z.Q.Zeng&W.Y.Zhuang]、湖北土赤壳[Ilyonectriahubeiensis(W.Y.Zhuang,Y.Nong&J.Luo)Z.Q.Zeng&W.Y.Zhuang]和中国乳突赤壳[Thelonectriasinensis(J.Luo&W.Y.Zhuang)Z.Q.Zeng&W.Y.Zhuang],报道中国新记录种4个:密集生赤壳(BionectriacompactiusculaSchroers)、南球壳生赤壳[Cosmosporanothepisphaeria(Samuels)Rossman&Samuels]、塞氏马利亚霉(MariannaeasamuelsiiSeifert&Bissett)和新西兰丛赤壳[Nectrianovaezelandiae(Dingley)Rossman];首次发现塞氏马利亚霉的有性型。
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