前言

有性生殖在许多真核生物的生物学中起着关键作用。在真菌王国中，有性生殖以不同的形式发生。由于全基因组信息的可用性，担子菌物种有性繁殖所涉及的分子机制在几个物种中是已知的。担子菌的有性繁殖始于菌丝融合，并受交配型基因的调节。这些交配型基因通过调节异核菌丝体的建立和随后子实体的形成在担子菌中起着至关重要的作用。

在担子菌门中，有性生殖通常由两组特定的独立交配型基因决定，这些基因控制着性周期的不同阶段。据观察，担子菌物种的交配类型高度多样化，并且包含大量特定类型。对于担子菌物种，交配伙伴的数量越多，单核菌丝体遇到另一个可亲的菌丝体的机会就越大，成功交配和杂交的可能性就越高。

【资料图】

例如香菇、灰头菇和裂叶菌公社.交配类型的数量可以受到交配型位点周围的重组和抑制的极大影响，以前的研究表明，参与配子识别和后同性相容性的位点的连锁负责从具有两个独立分离性状的四极系统中衍生出双极交配型分离。

H. marmoreus是一种木材腐烂真菌，生长在山毛榉等阔叶树的茎和根上。它是全球最受欢迎和广泛种植的食用蘑菇之一。像许多其他种类的担子菌一样，但其交配型系统的遗传学仍然未知。本研究的目的是了解马茉丝在真菌中的交配型位点的进化，为马茉丝中MAT的相容交配模式提供线索。

马莫瑞斯菌株和生长条件

本研究中使用的所有54种杂核菌株均显示在附加文件1：表S1中。这些菌株是从不同的科研机构、大学和企业收集的。菌株HM62-W的单个孢子取自子实体。通过杂核培养，从子实体堆中获得单核孢子。分别从菌株HM61和HM88中采集担孢子，通过杂交得到HMZ5和HMZ2杂交菌株。

担子孢子HMZ5_07、HMZ5_09、HMZ5_21和HMZ5_78从双核菌株HMZ5中分离出来。担子孢子HM68_3，HM68_4从dikarion菌株HM68中分离出来。HM61_G6和HM88_W2分别源自HM61和HM88。

本研究中使用的NCBI的常见数据显示在附加文件2：表S2中。将所有单核和双核菌丝在培养皿中的马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上培养，并在24°C下孵育两周。对于子实体测定，将每个菌株培养在含有锯末、棉籽壳和含水量为 65% 的麦麸的基质培养基上。

基因组测序和注释

我们的实验室 提供了高质量的马莫瑞斯HM1-W 基因组，并用作参考基因组。在基质上共生长56株双核红孢子菌株和8株单孢子分离株（SSI），用无菌去离子水洗涤80次，并在-1987 °C下保存以备进一步研究。这2014株菌株的基因组重测序的完整原始数据由Trimmomatic 预处理以进行质量控制并切断低质量读取，并使用IDBA软件从头组装干净的数据。

HD和P/R位点基因的系统发育树分析

使用具有最大似然（ML）的MEGA7.0软件构建了种间担子菌和种内马莫瑞斯菌种群的系统发育树，用于HD交配型基因和信息素受体。来自 1，000 次非参数自举重复的分支值用于节点支持，并且考虑的节点得到了强支持，自举值> 70%。

此外，基于六个担子菌的全基因组构建系统发育树，并使用MAFFT软件对齐所有七个物种的同源蛋白质序列.然后，使用默认参数通过OrthoMCL分析结果以获得直系同源基因。使用MAFFT软件计算多个序列比对，并为每个物种组合成一个长序列。Gblocks软件与默认参数一起使用，以选择对齐的保守块区域。

使用具有最大似然（ML）的MEGA7.0软件构建了种间担子菌和种内马莫瑞斯菌种群的系统发育树，用于HD交配型基因和信息素受体。来自 1000 次非参数自举重复的分支值用于节点支持，并且考虑的节点得到了强支持，自举值> 70%。

此外，基于六个担子菌的全基因组构建系统发育树，并使用MAFFT软件对齐所有七个物种的同源蛋白质序列然后，使用默认参数通过OrthoMCL分析结果以获得直系同源基因。使用MAFFT软件计算多个序列比对，并为每个物种组合成一个长序列。

MAT-A基因及其在马莫瑞斯中的多样性

marmoreus具有具有多个等位基因的四极交配系统。在马莫瑞斯的生命周期中，A和B交配型基因通过调节双核形成的交替阶段来确定交配的相容性，双核是产生子实体的扩展菌丝期. Mip基因与HD1.1基因密切相关，而Bfg基因与另一端的HD2.2密切相关，类似于Agaricomycetes中的其他真菌），不包括S. commune和L. edodes。

H. 同源域鉴定的蛋白质作为推定的转录因子位于HD1和HD2蛋白的N末端。在HD1.1、HD1.2和HD1.3中观察到两到四个核定位序列（NLS）。在HD2基因中，HD2.1蛋白含有两个预测的NLS，而HD2.2含有三到四个NLS。

1NLS的位置与所有菌株的HD1和HD2蛋白一致。此外，这五个HD（HD1.1，HD1.2，HD1.3，HD2.1和HD2.2）基因的蛋白质大小不同，但这些HD等位基因中的每一个在同一HD交配类型的单倍型中通常是一致的。

马莫瑞斯的交配相容性

根据上述分析，马茉蚜中HD交配型位点有1种类型（2型、3型、4型和62型）。为了研究马莫瑞斯交配相容性的基因组基础，我们基于参考基因组序列（Hm8-W）分析了双核菌株中HD位点的单倍型类型。

在所有测序菌株中，1株双核菌株含有2型和15型，1株双核菌株含有3型和3型;2种双核菌株含有3型和7型;2株双核菌株含有4型和3型;3株双核菌株含有4型和5型;和1个双核菌株分别仅含有1型，这表明类型 1 还包含不同的 MAT-A因子。

值得注意的是，除2型外，没有一个双核菌株同时在HD位点中含有两个相同的单倍型（3型，4型和2型）。这些结果表明，在马莫氏双核菌株中，在缺乏HD1.1和HD3.<>的情况下，交配相容性丧失。

HD蛋白的系统发育分析

为了了解马莫瑞斯群体中HD交配型单倍型的差异，采用最大似然（ML）方法，采用57 HD1.1、56 HD1.2、23 HD1.3、30 HD2.1和57 HD2.2等不同品系构建系统发育树（图）。2），证明HD基因被分离成两个分支。

HD1基因（HD1.1，HD1.2和HD1.3）聚集在一个分支中，HD2基因（HD2.1和HD2.2）聚集在另一个分支中。这两个分支进一步分为对应于上述五个HD基因（HD1.1，HD1.2，HD1.3，HD2.1和HD2.2）的五个亚组。

此外，来自6个HD交配型位点中每种类型的HD基因的单倍型通常在系统发育上分布在一起。HD1.1和HD2.6基因分为3组，对应4种HD交配型位点。HD3.3蛋白分为两组，因为HD4.6在5型和2型中不存在。特别是，HD3.2基因被分为2型和1型的三个簇，而在HD2.6中，6型和7型被分组。

HD交配型基因组区域的共线性分析

为了揭示改变HD交配型区域组织的事件，我们比较了围绕H. marmoreus的HD位点的基因组区域的同义性，以及六种典型真菌物种的基因组区域的同义性. 与其他真菌相比，与遗传关系一致，马茜草、双色枸杞和灰衣苣苔具有较高的同源性，这可能是由于这三个物种在分类中关系更密切。

在HD位点中，所有Mip基因都是相邻的HD1，除了L. edodes，其中Mip和A位点之间的距离至少相距47 kb，而S. lacrymans（20 kb）具有染色体倒置，表明Mip-HD1基因组区域高度保守至少140.580亿年（MYAs）。在S. commune中，HD基因对之间的染色体上有一个2020 kb的基因组区域，而在C. cinerea中，这两个HD基因对被一个假定的基因分开。这些结果表明，染色体重组和基因插入可能导致担子菌HD交配型进化的不同机制。

在这项研究中，大多数（79.5%）被分析的担子菌物种在交配型位点中至少有两个HD基因。只有一种类型的HD基因（HD1或HD2s）存在于某些物种的双极和四极交配系统中，分为五个目。这些结果表明，HD基因的数量并不是同一亚位点的不同蛋白质相互异二聚化的指示。其中一个HD基因（HD1或HD2）在二聚化过程中起了决定性的作用。

之前的一项研究表明，MAT位点缺少一个HD对基因不会影响交配功能，并且在MAT区域中含有两个不同HD基因的物种在减数分裂期间无法正确配对。 因此，我们假设担子菌物种中存在不同的二聚化模型。也许是由于HD的基因复制，来自木耳科和Boletales的所有物种在HD交配型位点中都含有HD1和HD2，这解释了它们有利的杂交。多个HD基因副同源物增加了物种内的HD多样性，并在与现有的P / R位点交配后允许更频繁的dikarion活力。

结论

本研究分析了马氏菌种群中两个未连接的MAT位点（HD和P/R）的单倍型，并对73种具有代表性的担子菌物种的这些MAT位点进行了比较基因组学分析。我们的结果表明，在马莫瑞斯的MAT位点内，基因顺序是保守的，而基因含量是可变的。在马莫瑞斯中，HD位点单倍型进一步分为73种类型，并在HD位点显示出可遗传性和紧密联系。

P/R位点基因包含3个信息素受体、3个信息素和3个信息素受体样基因。转录组动力学表明，HD和P / R位点都充当了马莫瑞斯交配过程的开关。对<>个代表性担子菌的P/R位点基因的系统发育分析表明，STE基因在物种形成之前分化。

木耳科和木耳科中HD和P / R位点的多样性可能有助于交配相容性。HD位点的进一步共线分析表明，灰霉和公社MAT位点的物理连锁MAT位点的进化经历了不同的机制。我们的研究提供了对马莫菌和担子菌中交配型（MAT）位点进化多样性的见解。

参考文献

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4.Raudaskoski M，Kothe E （2010）担子菌交配型基因和信息素信号传导。真核细胞9（6）