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核盘菌交配型基因 MAT1-1 在子囊菌系统
发育研究中的应用#
王雪亮1，史洋1，张艳华1，孙凤杰2，潘洪玉1**
基金项目：教育部博士点基金(博导类)项目(20120061110082)和国家自然科学基金资助（31271991）
作者简介：王雪亮（1988-），男，硕士，植物病理学植物病原真菌分子生物学方向
通信联系人：潘洪玉（1961-），男，教授，博士生导师，主要从事植物病原真菌分子生物学与抗病基因工
程、以及植物病害生物防治的研究
（1. 吉林大学植物科学学院，长春，130062； 5
2. 佐治亚格威内特大学科学与技术学院，佐治亚州，GA 30043）
摘要：子囊菌具有无性态与有性态的复杂性，以及人们对其系统发育和亲缘关系了解的局限
性，进而导致菌物学家对子囊菌分类尚持不同意见。子囊菌的交配型基因（MAT）进化保
守，且编码的蛋白质调控子囊菌的有性生殖过程。核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum（Lib.）10
de Bary）隶属于子囊菌门（Ascomycota）、盘菌纲（Discomycete），是一种典型丝状同宗
配合真菌，控制该菌有性生殖的交配型基因 MAT1-1 和 MAT1-2 紧密连锁，且该菌并无有
性态与无性态的复杂性。故此，本文根据所克隆的核盘菌交配型基因 MAT1-1，利用 PAUP*
软件将 82 种含有 Alpha-box 交配型基因的子囊菌进行了系统进化分析，通过核苷酸及氨基
酸水平的系统发育分析，并结合 Ainsworth (1973) 分类系统及最新的 Deep Hyphae（2006）15
分类系统的对比研究，结果发现所构建的系统进化树与传统分类所表现的进化关系基本一
致，且核盘菌交配型基因 MAT1-1 在进化过程中功能相对保守，该分析结果有助于对其它子
囊菌交配型基因的克隆、系统分类与进化研究，同时对核盘菌的亲缘关系、病害预测及防治
等具有重要意义。
关键词：核盘菌 子囊菌 交配型基因 系统分类； 20
中图分类号：
Application on phylogenetics research of the mating type
gene MAT1-1 from Sclerotinia sclerotiorum
WANG Xueliang
1
, SHI Yang
1
, ZHANG Yanhua
1
, SUN Fengjie
2
, PAN Hongyu
1
25
(1. college of plant science,Jilin university,changchun,130062;
2. School of Science and Technology,Georgia Gwinnett College,Lawrenceville,GA 30043)
Abstract: Due to the limitation of our knowledge on ascomycete’s phylogeny, genetic relationship,
and its complexity of anamorph and teleomorph, mycologists still hold different opinions on the
classification of ascomycete. The protein coded by mating type genes (MAT), the anagenesis of 30
which is conservative, regulates the sexual reproductive process. Sclerotinia sclerotiorum
(Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary) is a typical filamentous homothallic fungus which
belongs to Ascomycota, Discomycetes. The mating type genes MAT1-1 and MAT1-2, which
regulate its sexual reproduction, are closed linked with each other in the same chromosome and
they possess no complexity of anamorph and teleomorph. Therefore, based on the cloned 35
Sclerotinia sclerotiorum mating type gene MAT1-1, this paper conducts a phylogenetic analysis
by PAUP* on another 81 mating type genes containing Alpha-box domain. Through the
phylogenetic analysis on the level of nucleotide and amino acid, and the comparative study under
the classification systems Ainsworth (1973) and the latest Deep Hyphae (2006), it is found that the
evolutionary phylogenetic tree constructed illustrates basically the same evolutionary relationship 40
with that in traditional classifications; the function of mating type gene MAT1-1 is relatively
conservative in the evolutionary process. The result is helpful to the study of cloning, phylogenetic
classification and anagenesis of other ascomycete’s mating type genes. Moreover, it has great
significance on the phylogeny, disease prediction and prevention of Sclerotinia sclerotiorum.
Key words: Sclerotinia sclerotiorum Ascomyceta MAT1-1 Phylogenetics 45
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0 引言
子囊菌是一类产生子囊和子囊孢子高等真菌。研究表明，由于绝大多数子囊菌存在无性态
与有性态复杂性，人们对其系统发育与亲缘关系认识具有一定的局限性，菌物学家对子囊菌
的分类意见尚未统一[1,2,3,4,5]。Ainsworth（1973）分类系统的主要分纲依据是有性阶段的子囊
与子囊果特征，即是否形成子囊果及子实层、子囊果的类型和子囊的特征等。《菌物字典》50
第七版（1983）将子囊菌直接分为 37 目，1995 年的第八版中，分为 46 目，取消了纲一级
分类单元，2001 年的第九版中子囊菌又恢复设纲，分为 8 个纲，56 个目[6,7,8]。Deep Hyphae
（2006）的主要分类依据是菌物的形态学与分子生物学进化水平，该分类系统将子囊菌门
（ Ascomycota ）真菌分为 3 个亚门：外囊菌亚门 (Taphrinomycotina) 、酵母亚门
(Saccharomycotina)和盘菌亚门（Pezizomycotina），外囊菌亚门是子囊菌门中的一个比较原55
始的分支，本门中其他菌种基本是由其进化出的，最新的分子生物学研究证明其是单源种
[5,9,10]。故此，寻找一个“分子钟”进行子囊菌系统发育与亲缘关系研究具有重要意义。
相关研究证明，子囊菌交配型基因（Mating Type Gene, MAT）具有一定的广泛性，其编码
的产物是调控子囊菌有性生殖的重要转录因子。子囊菌交配型基因（MAT）的编码产物是调控
其有性生殖过程的重要转录因子[11]。主要有 3 大类，一类是编码 HMG 结构域的蛋白质；第二60
类是编码 alpha 结构域的蛋白质；第三类是一种新的编码 DNA 结合结构域的蛋白[12,13,14]。今年
来科研人员在交配型基因结构、功能、分子进化与应用等方面均有所突破[15,16,17,18,19]。
核盘菌（Sclerotinia sclerotiorium (lib.) de Bary）隶属子囊菌门、盘菌纲、柔膜菌目、核盘菌
科、核盘菌属,是一种典型的同宗配合类型丝状真菌[20]。正因如此，本文选用具有 Alpha-box 的
核盘菌交配型基因 MAT1-1 作为分子钟，进行子囊菌系统发育与亲缘关系研究，以便从分子65
水平上揭示子囊菌系统发育与亲缘关系，并为进一步克隆子囊菌交配型基因、进行子囊菌系
统分类，以及重要子囊菌病害的分子检测与防治等提供理论依据。
1 材料与方法
序列资源的收集
在 NCBI（
Alpha-box 交配型基因的子囊菌共计 82 个，以 FASTA 格式将其交配型基因核苷酸与氨基酸
序列下载至本地硬盘。按照 Deep Hyphae（2006）的分类系统进行分类。本文用于分析的具
有 Alpha-box 的交配型基因为不含前导序列的编码区域，所有序列命名均采用 IMGT 标准命
名。
序列的比对 75
用 Clustal X（Higgins .）软件将 82 个来自不同菌种的具有 Alpha-box 的交配性基因
序列分别进行核苷酸水平和氨基酸水平的比对，对比参数设为默认值。
进化树的构建
采用 PAUP*（Swofford）软件中 Maximum parsimony 的标准构建系统发育树，并利用
bootstrap value （100 次重复）对进化树进行可靠性评估、检验。 80
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2 结果与讨论
具有 Alpha-Box 子囊菌交配型基因的核苷酸序列系统发育分析；
图 1 具有 Alpha-box 交配型基因核苷酸序列进化树
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Phylogenetic tree base on mat gene with Alpha-box nucleotide sequence 85
在核苷酸水平上（图 1），具有 Alpha-box 交配型基因的子囊菌主要被分为六组。盘菌
亚门（Pezizomycotina）的散囊菌纲（Eurotiomycetes）散囊菌目（Eurotiales）及爪甲团囊菌
目（Onygenales ）、座囊菌纲（Dothideomycetes）煤炱目（Capnodiales）、粪壳菌纲
（Sordariomycetes ）、座囊菌纲（Dothideomycetes）格孢腔菌目（Pleosporales）和酵母菌
亚门 (Saccharomycotina)的酵母纲（Saccharomycetes）菌属，是整个进化树的根。另外还有90
盘菌亚门（Pezizomycotina）锤舌菌纲（Leotiomycetes）的柔膜菌目（Helotiales）和茶渍纲
（Lecanoromycetes）黄枝衣目（Teloschistales）。按照 Ainsworth(1973)分类，具有 Alpha-box
的交配型基因的子囊菌主要被分为五组。不整囊菌纲（Plectomycetes）散囊菌目（Eurotiales）、
腔菌纲（Loculoascomycetes）座囊菌目（Dothideales）、核菌纲（Pyrenomycetes）球壳目
（Sphaeriales）、腔菌纲（Loculoascomycetes）的格孢腔菌目（Pleosporales）和半子囊菌纲95
（Hemiascomycetes）酵母科的不同菌种，是整个进化树的根。此外还有盘菌纲（Discomycetes）
的柔膜菌目（Helotiales）。
进化树显示Colletotrichum musae和粪壳菌纲、肉座菌亚纲、肉座菌目、肉座菌科的菌属
进化距离最近，可为今后研究其有性阶段提供一定的依据。此外我们还发现，在分类学上属
于粪壳菌纲、粪壳菌亚纲、Magnaporthales 目、巨座壳科的稻瘟病菌Magnaporthe grisea与茶100
渍纲、茶渍亚纲、黄枝衣目的Xanthoria polycarpa、Xanthoria parietina、Xanthodactylon
flammeum亲缘关系很近，有待进一步研究。
总体来看，各菌种在构建的进化树中的亲缘关系与传统分类学基本是一致的。其中，腔
菌纲（Loculoascomycetes）的座囊菌目（Dothideales）与不整囊菌纲（Plectomycetes）散囊
菌目（Eurotiales）和核菌纲（Pyrenomycetes）球壳目（Sphaeriales）距离较近，与腔菌纲105
（Loculoascomycetes）的格孢腔菌目（Pleosporales）的距离较远。分析座囊菌目（Dothideales）、
散囊菌目（Eurotiales）和球壳目（Sphaeriales）的共同点，发现此三类菌目的子囊孢子数均
为 8 个，而腔菌纲（Loculoascomycetes）座囊菌目（Dothideales）菌属之所以不同于腔菌纲
（Loculoascomycetes）的其他菌属，主要原因之一即子囊孢子数的不同。
在传统分类学上，核菌纲和盘菌纲的亲缘关系最近，但是锤舌菌纲、柔膜菌目的核盘菌110
Sclerotinia sclerotiorum 却和散囊菌纲、散囊菌目、胡刷菌科的产黄青霉 Penicillium
chrysogenum亲缘关系较近，这一点与Deep Hyphae（2006）分类系统和传统的Ainsworth(1973)
分类学观点均有出入，有待进一步研究。
根据 Deep Hyphae（2006）分类系统显示的子囊菌门真菌间的进化关系，外囊菌亚门和
酵母菌亚门真菌较低等，盘菌亚门真菌相对进化，而且盘菌亚门的锤舌菌纲和粪壳菌纲亲缘115
关系较近。如图锤舌菌纲、柔膜菌目的 Pyrenopeziza brassicae 在进化关系上与粪壳菌纲最近，
这些都与传统分类学观点是一致的。Pyrenopeziza brassicae 与黑麦喙孢霉 Rhynchosporium
secalis 亲缘关系最近。黑麦喙孢霉 Rhynchosporium secalis 的无性世代为半知菌亚门、丝孢
纲、丝孢目，有性世代世代为子囊菌亚门、核菌纲、球壳目。说明具有 Alpha-box 交配型基
因与真菌的有性生殖阶段有关。 120
具有 Alpha-Box 子囊菌交配型基因的氨基酸序列系统发育分析
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图 2 具有 Alpha-box 交配型基因氨基酸序列进化树
Fig2 Phylogenetic tree base on mat gene with Alpha-box amino acids sequence 125
在氨基酸水平上（图 2），具有 Alpha-box 交配型基因的子囊菌主要被分为七组。盘菌
亚门（Pezizomycotina）的粪壳菌纲（Sordariomycetes）、散囊菌纲（Eurotiomycetes）散囊
菌目（Eurotiales）及爪甲团囊菌目（Onygenales ）、座囊菌纲（Dothideomycetes）煤炱目
（Capnodiales）、茶渍纲（Lecanoromycetes）黄枝衣目（Teloschistales）、锤舌菌纲
（Leotiomycetes）的柔膜菌目（Helotiales）、座囊菌纲（Dothideomycetes）格孢腔菌目130
（Pleosporales）、酵母菌亚门 (Saccharomycotina)的酵母纲（Saccharomycetes）菌属和外囊
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菌亚门 (Taphrinomycotina)，是整个进化树的根。整体分析结果与 DNA 水平表现出来的亲
缘关系基本一致。而且在某些相同菌属的真菌之间的亲缘关系更近，例如锤舌菌纲、柔膜菌
目的两个菌种 Sclerotinia sclerotiorum、Pyrenopeziza brassicae 和茶渍纲、茶渍亚纲、黄枝衣
目的Xanthoria polycarpa、Xanthoria parietina、Xanthodactylon flammeum在氨基酸水平上又聚135
合到了一起，说明具有 alpha-box 交配型基因在进化过程中功能相对比较保守。
按照 Ainsworth(1973)分类具有 Alpha-box 的交配型基因的子囊菌也被分为六组。核菌纲
（Pyrenomycetes）球壳目（Sphaeriales）、不整囊菌纲（Plectomycetes）散囊菌目（Eurotiales）、
腔菌纲（Loculoascomycetes）座囊菌目（Dothideales）、盘菌纲（Discomycetes）的柔膜菌
目（Helotiales）、腔菌纲（Loculoascomycetes）的格孢腔菌目（Pleosporales）和半子囊菌纲140
（Hemiascomycetes）酵母科的不同菌属，是整个进化树的根。其在氨基酸水平进化过程中
表现出来的亲缘关系与 DNA 水平基本一致，但是某些菌属的亲缘关系更近，和传统分类学
更一致。如盘菌纲（Discomycetes）的柔膜菌目（Helotiales）菌属在分子水平上与不整囊菌
纲（Plectomycetes）散囊菌目的产黄青霉（Penicillium chrysogenum）亲缘进化关系最接近，
说明 Alpha-box 序列在进化的过程中，其功能还是相对比较保守的。 145
具有 Alpha-Box 子囊菌交配型基因核苷酸与氨基酸交联分析
通过对比分析可知在分子水平上以Alpha-box序列为标记的遗传相关性能够反映出子囊
菌门真菌之间的亲缘关系，特别是某些在传统分类学中属于半知菌亚门的真菌，与交配型基
因是控制有性发育和有性孢子产生的基因这一观点是相符的。在 DNA 水平上，核盘菌的交
配型基因 MAT1-1 与产黄青霉（Penicillium chrysogenum）亲缘关系较近。且在氨基酸水平150
上，核盘菌交配型基因 MAT1-1 位于与同纲目的芸薹属埋核盘菌（Pyrenopeziza brassicae）
亲缘关系较近。说明在核盘菌的交配型基因 MAT1-1 的进化频率虽然比较高，但是其功能还
是相对保守的,且在子囊菌中广泛存在，即交配型基因 MAT1-1 具有一定的保守性与广泛性。
讨论
子囊菌有性态及无性态的复杂性一直是菌物分类学家争论的焦点之一，如何解决该问题155
在分类学上具有重要的意义。而作为典型的同宗配合子囊菌，核盘菌有效地避免了有性态与
无性态这一问题。按照本文的分析结果，我们不难发现，核盘菌交配型基因 MAT1-1 具有一
定的保守性与广泛性；在核苷酸及氨基酸水平，以交配型基因 MAT1-1 所构建的系统进化树
所表现的系统发育及亲缘关系与传统分类方法、现行分类系统所表征的特点基本一致，其中
的个别异同点也值得我们做进一步深入研究。在子囊菌中的重要功能，一定的保守性与广泛160
性，与传统及现代分类系统的一致性，均说明交配型基因 MAT1-1 对于分类系统发育分析具
有重要的意义，仅由 826 个核苷酸组成的 DNA 序列，也为快速鉴定分析提供了基础。该分
析结果有助于更深入开展应用核盘菌的交配型基因，推动今后对其它子囊菌交配型基因的克
隆、系统分类、发育及亲缘关系等方面的研究，并从分子水平上揭示子囊菌系统发育与亲缘
关系，以及为重要子囊菌病害的分子检测与防治等提供理论依据。165
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