利用多基因聚合分析进行平脐蠕孢属及其近似属的分子系统学研究

摘要

平脐蠕孢属及其近似属引起禾本科植物重要病害。为了明确平脐蠕孢属及其近似属的系统演化关系和一些疑难种的分类地位，本研究在传统形态分类标准的基础上，对rDNAITS、Gpd、ACT、CAL、EF-1α、Brn1基因在该类群真菌属种分类上的变异性和保守性进行分析和评价。为属种间鉴别标准的制定提供分子依据，并通过单基因和多基因聚合分析，建立该类群属种间的分子鉴定体系。
　　 整理实验室保存的平脐蠕孢属及其近似属菌株，并从全国各地采集标本1000多份，经保湿培养，组织分离，获得近300多个菌株资源。加上国内外同行、研究机构征集的菌株70多个菌株，共计近400个菌株。根据平脐蠕孢属及其近似属的形态特征，共鉴定出平脐蠕孢属22个种，其中有2个未知种；内脐蠕孢属5个种；凸脐蠕孢属4个种。
　　 从已获得的属种中筛选出形态稳定的代表性菌株67个，对它们的5.8SrDNA-ITS区、Gpd基因、EF-1α基因、CAL基因、ACT基因和Brn1基因分别进行扩增、序列测定。加上本实验室内已有各基因序列的弯孢属菌株28个，本实验对95个参试菌株各基因的扩增率、变异性或保守性进行综合分析，发现5.8SrDNA-ITS区、Gpd基因、ACT基因的扩增率均达100％，且这三个基因的保守性与变异性相对稳定，在GenBank中该类真菌的5.8SrDNA-ITS区的基因序列信息量大，所以在该类真菌鉴定中5.8SrDNA-ITS区为首选的基因，其次为Gpd基因、ACT基因；EF-1α基因和CAL基因能明确区分绝大多数平脐蠕孢属及其近似属种，但它们扩增率均低于前三个基因，所以EF-1α基因和CAL基因在这类真菌鉴定中，可作为补充基因；Brn1基因有效扩增率低于50％，该基因不适合平脐蠕孢属及近似种间的分子鉴定和遗传分析。
　　 通过对平脐蠕孢属及其近似属种的5个候选基因变异性和保守性分析，结果表明：(1)明确了平脐蠕孢及近似属之间的分类关系。内脐蠕孢属与其它属蠕形菌的亲缘关系最远，凸脐蠕孢属次之；平脐蠕孢属被分为两部分，即平脐蠕孢属大孢子类型与小孢子类型，它们之间的亲缘关系比平脐蠕孢属小孢子类型与弯孢属之间的亲缘关系远，且平脐蠕孢属小孢子类型与弯孢属之间的同源性达到种间同源性范围。所以本研究建议把平脐蠕孢小孢子类型归到弯孢属内。(2)通过对平脐蠕孢属的5个候选基因进行分析，发现每个基因水平上都有个别菌种区分不开，即使将5.8SrDNA-ITS区、Gpd、ACT基因结合在一起分析，仍发现形态上很相似的菌种玉蜀黍平脐蠕孢Bipolarismaydis与甘蔗平脐蠕孢Biplarissacchari之间、穗状平脐蠕孢Bipolarisspicifera与澳大利亚平脐蠕孢Bipolarisaustraliensis之间的同源性很高，处于种内的变异范围之内，因此将它们归为同一种，建议将B.sacchari作为B.maydis的同物异名，B.australiensis作为B.spicifera的同物异名。
　　 通过形态特征和多基因遗传信息分析，将2个未知菌株(ZM09362-2和ZM070031)，鉴定为两个新种，并分别命名为：针茅生平脐蠕孢BipolarisstipicolaMengZhang&S.N。Xie，sp.nov.和云南平脐蠕孢BipolarisyunnanensisMengZhang&S.N.Xie，sp.nov.建立了5个弯孢属新组合，并分别命名为：Curvulariaspicifera(Subram)MengZhang&S.N.Xiecomb.nov.、Curvulariahawaiiensis(Uchida&Aragaki)MengZhang&S.N.Xiecomb.nov.、Curvulariaprieskaensis(W.Q.Chen&W.J.Swart)MengZhang&S.N.Xiecomb.nov.、Curvularianodulosa(Shoemaker)MengZhang&S.N.Xiecomb.nov.和Curvulariacactivora(Alcorn)MengZhang&S.N.Xiecomb.nov.。
　　 在狗牙根草坪上发现了一种由佩利金平脐蠕孢Bipolarisperegianensis引起的新叶斑病害，为研究狗牙根草坪病害及防治提供了基础。
　　 本研究通过建立平脐蠕孢属及其近似属分子鉴定体系，为该类真菌的快速准确鉴定提供了方法；确立正确的平脐蠕孢属及其近似属系统分类关系，为该类真菌的系统分类提供了分子依据。该研究也为该类群真菌的生命条码研究奠定了基础。