正红菇全基因组及其与根际微生物的协同进化

Being a type of valuable medicine and edible fungus, as well as its ability to symbiotic with a variety of Fagaceae plants to form ectomycorrhiza, Russula griseocarnosa complex has long been recognized for its economic and ecological importance. Nonetheless, the cultivation of the complex has so far been unsuccessful and its genetic mechanism is largely unknown. This project proposes the whole genome sequencing and re-sequencing of the complex using the Illumina HiSeq 2500 technology. It will be followed by Bioinformatics analyses to understand the gene composition of Russula griseocarnosa and to further reveal the hidden genetic functionalities and gene expression mechanism. The genetic mechanism of the mycorrhizal formation will be investigated at the genome level while the evolutionary processes of the complex will be explained. With the use of the novel Illumina Miseq sequencing platform, this project will also study the diversity of rhizosphere fungi and bacteria by comparing the differences of microbial community structure among different geographical sources, in order to further understand the coevolution between the complex and rhizosphere microorganisms. Finally, sustainable cultivation strategies of the Russula griseocarnosa complex will be provided from this proposed genetic study.

正红菇是一种在我国中南部地区广受欢迎的野生药食兼用菌，属外生菌根真菌，能与多种壳斗科树种共生形成外生菌根，具有非常重要的经济及生态价值。目前正红菇还不能实现人工栽培，对其遗传机理尚不清晰。本项目拟(1)采用Illumina Hiseq 2500二代测序系统对正红菇开展全基因组测序及重测序，通过与已发表的真菌基因组比较，了解正红菇基因组成，揭示基因潜在的功能和表达机理，从基因组水平上探讨正红菇菌根形成的遗传机制，同时阐明正红菇复合群的进化关系；(2)采用Illumina Miseq测序平台开展正红菇根际微生物多样性研究，通过比较不同地理来源正红菇红菇位、同一产地红菇位与不产菇区域根际微生物群落结构的差异，探讨正红菇与根际土壤微生物的协同进化关系，了解根际微生物在正红菇菌根形成的作用。项目将为正红菇的促繁和可持续利用提供指导和理论依据。

正红菇是一种食药用外生菌根菌，可与栲、栎等壳斗科树种共生形成菌根，是一种非常重要的林下非木质林产品资源，目前还不能实现人工栽培。本研究以野外采集新鲜的正红菇子实体及正红菇根际的土壤作为研究对象，对正红菇开展基因组测序分析，了解正红菇基因组成及其潜在的功能；对正红菇根际土壤开展微生物多样性分析，结合土壤理化性质，分析与其生长相关的菌群及相应的功能，探讨正红菇和根际微生物的协同共生机制，并筛选有益的菌根辅助菌，为正红菇的可持续利用提供理论依据。.正红菇基因组大小为64.81 Mb，GC含量49.41%，共获得16128个蛋白编码基因。正红菇基因组中存在大量与营养代谢、药用功能等相关的基因，还存在与共生相关的降解植物、真菌、细菌细胞壁酶等碳水化合物酶基因。基于正红菇与已公布基因组的大型真菌的全基因组序列分析表明正红菇与所对比物种中红菇目的异担子菌和毛韧革菌为近缘类群。正红菇线粒体基因组大小为60995bp，编码53个基因，其中包含14个蛋白编码基因。.正红菇根际土壤细菌的多样性比非根际土壤多样性低；正红菇根际土壤细菌伯克氏菌属、分枝杆菌属、Roseiarcus属、Candidatus_Xiphinematobacter属、堆囊菌属、酸杆菌属和Singulisphaera属显著高于非根际土壤，推测这些菌可能为菌根辅助菌，协助正红菇与其宿主共生体系的形成。正红菇喜好酸性土壤，土壤pH为3.99-4.55，根际土壤pH、有机碳、有效氮、有效磷、有效钾对土壤细菌的群落结构有显著影响，特别是pH和有效氮。利用PICRUSt对土壤细菌进行KEGG功能注释，结果表明根际土壤细菌主要存在的功能为双组分系统、细菌趋化性、细菌分泌系统、酪氨酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成、抗坏血酸和醛酸代谢、辅助因子和维生素的代谢，这些代谢通路的活性显著高于非根际土壤（p<0.05）。.原计划在国内外核心刊物上发表研究论文5-6篇，其中SCI论文3-4篇，实际发表研究论文16篇，其中SCI期刊收录12篇，CSCD收录3篇；原计划培养研究生2-3名，实际培养博士2名和硕士1名。