研究人员揭示冬虫夏草为何长在高原 有助于人工栽培

来源:新华社 / 作者:岳冉冉、李怀岩 / 2017-05-13
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中美研究人员揭开了冬虫夏草适应高原生长的秘密,相关成果于 11 日发表在了国际刊物《科学报告》上。

冬虫夏草菌是一种常年生活在青藏高原高海拔环境下的子囊真菌,侵染了青藏高原高山草甸土中的蝠蛾昆虫幼虫而形成的菌虫复合体常被称为“冬虫夏草”。在我国,冬虫夏草是名贵中药材,与人参和鹿茸并称为“中药三宝”,具有较高的药用和科研价值。

“然而,其人工栽培至今尚未完全取得成功,究其原因是由于人们对冬虫夏草菌在侵染宿主过程中的真菌致病性、高海拔生态环境适应性及其背后的遗传基础认识不足。”论文通讯作者、中国科学院昆明植物研究所高立志研究员说。

中美研究人员采用杂合组装的策略,获得了约 116.42 万个碱基对的冬虫夏草菌高质量参考基因组图谱,注释得到了 7939 个蛋白编码基因,比较之前发表的基因组草图,该研究获得了完整的参考基因组图谱,为从基因组水平上解析冬虫夏草菌的真菌致病性、高海拔生态适应及其群体遗传学等研究夯实了基础。  研究发现,伴随着青藏高原的抬升,冬虫夏草菌基因组相比于其他低海拔近缘物种(如蛹虫草等)变得异常庞大;有趣的是,与其基因组变大形成鲜明反差的是,冬虫夏草菌的蛋白编码基因却发生快速丢失,致使其蛋白编码基因的编码区在进化过程中被剧烈压缩。冬虫夏草菌表现出的这种特性,可能是对高海拔环境变化的重要响应,也是造成其具有极高宿主专一性的原因。

研究还发现,与抗低温密切相关的功能基因在冬虫夏草菌中大量扩增,这可能有助于冬虫夏草菌增强自身的抗寒性以便在青藏高原极端复杂的环境下得以生存。

“此外,我们的研究支持和证实了冬虫夏草菌是一种同宗交配型真菌。”高立志解释说,在冬虫夏草菌的进化过程中,交配系统曾经历过多次由同宗-异宗-同宗的转换,并最终固定为同宗。“众所周知,青藏高原生物种类稀少,冬虫夏草菌的这种同宗交配方式,可能有助于其在青藏高原高海拔环境中快速、低成本地进行有性生殖和繁衍后代,这可能也是造成其有效群体变小的原因。”

该研究对促进冬虫夏草珍贵野生资源的遗传保护、加快其人工栽培具有重要意义。

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