基于有性生殖基因的隐球酵母属系统进化研究

Cryptococcus genus is polyphyletic; and its species are present in all five major lineages of the Tremellomycetes that contain yeast taxa. Cryptococcus is seen as anamorphic genera; however taxonomic studies have uncovered its species are related not only to anamorphic genera but also to teleomorphic genera. The establishment of natural phylogenetic relationship among Cryptococcus genus depend on the discovery of teleomorphic states or anamorph-teleomorph connections. However, anamorph-teleomorph connections have not been established in most Cryptococcus species. Therefore, to investigate the sexual reproduction in anamorphic genera display significance in molecular systematics of Cryptococcus genus. With all the type strains of Cryptococcus species and related teleomorphic species as material, We propose to use a multiple gene sequence analysis based on sexual reproduction genes 1) to resolve the phylogenetic relationships among Cryptococcus species; 2) to understand the evolution history of sexual reproduction and anamorph-teleomorph connections by intergrating with the multi-gene sequence data of related teleomorphic genera; 3) to propose a natural and proper taxonomy by integrating multi-gene datasets with morphological and biochemical characteristics.

隐球酵母属(Cryptococcus)是担子菌酵母中典型的异源属，在自然界中分布广泛并且包含重要的病原真菌，其分子系统学研究具有重要的科学意义和必要性。有性生殖和减数分裂是真核生物的共同特征。虽然该属被归入酵母无性型属,然而某些种有性阶段的发现以及系统进化树上属内种与有性型属种聚在相同的进化分支内，预示有性生殖存在的必然性。本项目拟以有性生殖基因为切入点，应用多基因序列分析方法，研究隐球酵母属的系统进化，明确属内种间的演化关系；并通过与相近有性型种有性生殖基因的多基因序列数据的整合分析，探讨有性生殖在无性型属内的进化历史，揭示不同生殖方式(有性生殖和无性生殖)酵母类群间的演化关系；同时，结合形态、生理生化等表性特征，制定一个能够确切反映该属自然演化关系的分类系统，明确有性生殖基因在该属分子系统学研究中的可行性和意义，为进一步研究病原真菌的侵染和遗传机制奠定基础。

本项目以银耳纲酵母具有代表性的隐球酵母菌属种及相近种的模式种为研究对象，筛选分辨率高的有性生殖相关基因，探讨基于有性生殖基因的系统发育关系，并利用基因组学研究方法和共线性分析对交配型位点(Mating-type locus, MAT locus)的基因结构进行解析。我们首先从14个重要的候选基因中筛选出具有高效扩增效率的MRE11基因，对隐球酵母属及其相近的属种进行分子系统学分析，表明MRE11在属或种的水平上能很好的反映担子菌酵母的系统发育关系。此基础上，利用基因组学研究方法和共线性分析方法，选取具有特殊系统发育地位的Phaeotremella属内的无性型种和有性型种为对象，解析有性生殖交配型基因位点在不同生殖方式酵母类群间的系统演化关系，揭示了i) Phaeotremella种MAT位点属于四极交配系统，同源域基因座长度变化幅度大(29kb - 848kb)，而且分布在不同的scaffold上，并且没有典型的交配型控制基因SXI1和SXI2；ii) Phaeotremella种MAT位点除了具有现有已知的有性生殖基因，也具有自己独特的基因；iii) Phaeotremella种MAT位点的某些基因出现拷贝数增多的现象，如CAP1，NCP2，RPO41，STE11和STE12基因。表明Phaeotremella种独特的MAT位点基因结构和进化方式，提高了我们对担子菌酵母不同生殖方式类群有性生殖位点在基因组水平上的认识，促使对整个担子菌酵母类群有性生殖位点的探索。