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丝状真菌在继代培养过程中会发生高频率的菌种退化现象，可导致经济性状的严重损失，但退化机理仍不清晰。该论文以虫草菌等三种真菌为对象，研究发现退化菌株胞内均积累了大量活性氧，固体培养时形成菌丝结节现象，伴随着产孢、次级代谢产物合成或致病能力的显著下降或丧失。基因组重测序分析表明，不同真菌的退化菌株基因组中存在数量不等、类型不同及分布不同的随机突变位点。在母本菌株中进行代表性非同义突变基因的缺失分析表明，靶基因突变可导致程度不等的退化表型，证明了基因突变与菌种退化的关联性。该论文研究成果揭示了真菌退化的遗传机制，为菌种质量监测提供了参考指标，可促进提高经济真菌的应用效率。
中文题目：真菌基因组随机突变导致菌种退化
英文原题：Accumulation of the spontaneous and random mutations is causative of fungal culture degeneration
通讯作者：王成树，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所
第一作者：汪学文，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所
关键词：丝状真菌；菌株退化；氧化应激；随机突变；菌丝节
丝状真菌在继代培养过程中会发生高频率的菌种退化（degeneration）现象，主要表现为菌落角变、气生菌丝徒长、产孢及子实体形成能力下降甚至丧失、次级代谢产物合成能力下降或丧失，病原真菌则表现出毒力减弱或丧失，退化表型不可逆。真菌菌种退化可导致食用菌等农业和工业经济真菌生产时的严重经济损失。
以不同真菌为对象的前期研究表明，真菌菌种退化与基因组结构异常、线粒体DNA修饰、真菌病毒感染，以及与细胞内活性氧积累导致的“恶性循环”(vicious cycle)现象等相关。由于真菌退化现象的高频率发生，退化与真菌基因突变是否相关仍存在争论。
该论文以三种代表性的子囊菌为对象，即昆虫病原真菌罗伯茨绿僵菌、药用真菌蛹虫草和模式真菌构巢曲霉，继代培养发现三种真菌均会表现出菌落角变及产孢能力下降等典型的菌种退化现象。另外，退化菌株细胞内活性氧水平显著升高，存在细胞凋亡的现象。为了揭示菌种退化机制，作者针对表型稳定的退化菌株进行了全基因组重测序。以野生型母本菌株的基因组数据为对照，数据分析表明，三种真菌退化菌株中均出现了大量的随机突变位点，分布于基因间区、结构基因编码区或内含子区域，总体以颠换（transversion）类型为主。有意思的是，发现位点突变频率、分布与突变类型等在三种真菌中存在显著差异，尤其是没有发现同源基因在三种真菌中均发生非同义突变（nonsynonymous mutation）的现象，显示位点突变的高度随机性。
分别以三种真菌的野生型母本菌株为对象，作者选取部分发生了非同义突变的基因进行基因敲除和表型分析，发现这些基因突变可导致程度不同的退化表型，证明了基因突变与真菌菌种退化的关联性，也说明真菌菌种退化的不可逆及不可避免的特征。
研究成果为维护和监测真菌菌种稳定性及质量提供了可监测指标，对于促进和提高经济真菌的生产安全性具有良好的推动作用。其中，通过减少传代次数、监测真菌胞内的氧化胁迫水平、培养辅助增强真菌的抗氧化能力等，有助于延缓和监测真菌菌种退化。
图1 蛹虫草退化后胞内积累大量活性氧和碱基突变
主要作者简介
王成树 中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所研究员。主要从事真菌遗传与昆虫病理研究。先后主持获得国家基金委杰出青年、创新研究群体及重点等项目资助。在Nat. Biotech., PNAS等期刊发表SCI论文120余篇。曾获国家科技进步二等奖和政府特殊津贴等。
汪学文 中国科学院分子植物科学卓越创新中心，生物化学与分子生物学专业，在读博士。
引用本文
Xuewen Wang, Song Hong, Guirong Tang et al., Accumulation of the spontaneous and random mutations is causative of fungal culture degeneration. Fundamental Research, doi.org/10.1016/j.fmre. 2024.02.003.
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582400058X
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