基于NCBI核酸數(shù)據(jù)庫的田頭菇屬Agrocybe真菌系統(tǒng)發(fā)育探析

王 龍 周慶平 李伶俐 石國華

（1.中國科普研究所，北京 10081；2.唐山師范學(xué)院，河北 唐山 063000）

0 引言

田頭菇屬Agrocybe 由法國人Agrocybe FAYOD 于1889年首次命名[1]，模式種為Agrocybe praecox（Fr.）Fayod[2]。根據(jù)《菌物字典》第十版記載[3]，田頭菇屬Agrocybe 隸屬于擔(dān)子菌門Basidiomycota，傘菌綱Agaricomycetes，傘菌目（Agaricales），球蓋菇科（Strophariaceae）。本世紀以來，田頭菇屬Agrocybe 真菌已成為人工野生馴化并開展大規(guī)模種植最為成功的一類中高檔食藥用真菌，具有很高的商品價值，并以其獨特的風(fēng)味、豐富的營養(yǎng)及特殊的藥理功效備受人們青睞[4]。2010年，戴玉成等在其中國食用菌名錄中報道了我國已有的田頭菇屬Agrocybe 中的7 種食藥用真菌[5]。2012年，金鑫等報道了中國田頭菇屬Agrocybe 的3 個新紀錄種[6]。目前，國內(nèi)外有關(guān)田頭菇屬Agrocybe 的研究主要集中在柱狀田頭菇Agrocybe cylindracea，同種異名有Agrocybe aegerita，別稱楊樹菇、田頭菇、柳松菇等，在我國通常稱之為茶樹菇[7]。根據(jù)最新的分子生物學(xué)研究報道[8]，從廣義上講柱狀田頭菇A.cylindracea 應(yīng)該是一個復(fù)合種群，其中楊柳田頭菇A.salicacola 和茶薪菇A.chaxingu 應(yīng)屬于獨立種并歸類于柱狀田頭菇A.cylindracea 的范疇。據(jù)筆者市場調(diào)查，目前產(chǎn)業(yè)化擴繁生產(chǎn)的菌種主要也是楊柳田頭菇A.salicacola 和茶薪菇A.chaxingu，三者僅從形態(tài)特征上不易區(qū)分。2012年，金鑫對國內(nèi)的田頭菇屬Agrocybe 開展了形態(tài)學(xué)描述和顯微線條圖的繪制工作[9]，但該屬在屬一級水平上的分子系統(tǒng)發(fā)育研究尚未見到相關(guān)報道。為了明確田頭菇屬Agrocybe 屬一級水平的遺傳發(fā)育關(guān)系，本研究基于美國國立生物信息中心NCBI（National Center for Biotechnology Information）[10]核酸數(shù)據(jù)庫探析了目前世界范圍內(nèi)有關(guān)田頭菇屬Agrocybe 種質(zhì)資源的遺傳多樣性，為廣大學(xué)者今后的深入研究提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中田頭菇屬Agrocybe 物種信息的獲取采用NCBI-Taxonomy 數(shù)據(jù)庫，檢索到該屬分類單元中總計有43 條物種信息，其中已知物種信息31 條，待定物種信息12 條。經(jīng)NCBI-Nucleotide 數(shù)據(jù)庫檢索并收集到田頭菇屬Agrocybe 已公布的已知物種和待定物種的ITS（Internal Transcribed Spacer，ITS1-5.8S rRNA-ITS2）基因序列192 條作為本研究數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分析

通過MEGA-X 軟件對收集到的田頭菇屬Agrocybe 核酸ITS 序列進行Alignment-ClustalW 同源序列比對，采用最大似然法（ML，Maximum Likelihood Method）選擇最優(yōu)參數(shù)模型計算遺傳距離[11，12]，應(yīng)用鄰接法（NJ，Neighbor-Joining Method）構(gòu)建田頭菇屬Agrocybe 內(nèi)各物種的系統(tǒng)發(fā)育樹，系統(tǒng)分支的置信水平采用自引導(dǎo)檢驗評估，設(shè)置1 000 次重復(fù)檢驗各分支的Bootstrap 支持率[13，14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 統(tǒng)計模型的選擇

為了提高系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的精確度，在MEGA-X 軟件MODELS 程序中的運用最大似然法（ML，Maximum Likelihood Method）在Find Best DNA/Protein Models 中尋找最合適的遺傳距離統(tǒng)計模型，分析時選擇默認參數(shù)。從結(jié)果中可知，具有最低貝葉斯（BIC，Bayesian Information Criterion）分數(shù)值的T92（Tamura 3-paramete）+G 組合模型（BIC 值=40 706.375）可認為是最好地描述替代模型；同時T92+G 組合模型的赤池值（AICc，Akaike Information Criterion，corrected）為36 962.019，數(shù)值也較低，略高于GTR（General Time Reversible）+G（AICc 值=36 944.804）和GTR（General Time Reversible）+R+I（AICc 值=36 946.666）兩個組合模型，說明T92+G 組合模型整體擬合程度最高，是24 種取代模型中的最優(yōu)解。在單個模型中，T92（Tamura 3-paramete）模型的BIC 值=42 122.977，AICc 值=38 388.366，在6 種單個模型中得分值最低，擬合程度也最高。因MEGA-X 版本不提供組合模型的系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建，最終選擇BIC 值最低的T92 模型構(gòu)建田頭菇屬Agrocybe 屬級水平的系統(tǒng)發(fā)育樹。

2.2 系統(tǒng)進化樹的構(gòu)建

根據(jù)T92 模型并基于鄰接法構(gòu)建了田頭菇屬Agrocybe 屬一級水平核酸ITS 序列系統(tǒng)發(fā)育樹，如圖1 所示。聚類結(jié)果顯示，整個系統(tǒng)進化樹主要分為6 大分支，涵蓋了NCBI-Taxonomy 數(shù)據(jù)庫中田頭菇屬Agrocybe 的43個物種信息（含已知物種31 條和待定物種12 條），且每個分支點支持率均較高（≥0.572）。研究發(fā)現(xiàn)，柱狀田頭菇A.cylindracea（A.aegerita）與楊柳田頭菇A.salicacacola 親緣關(guān)系最近，聚為一類，拓撲值達到0.989，可同歸為非顯孔田頭菇組（Sect.Aporus），聚類結(jié)果與張金霞等從形態(tài)學(xué)特征研究結(jié)果基本一致；其次，不同登錄號的濕粘田頭菇A.erebia 單獨聚為一類，系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系較為清晰，并與褐色田頭菇A.brunneola 一起歸為具幕田頭菇組Sect.Velatae；再次，平田頭菇A.pediades 與其環(huán)狀變種A.pediades Var.cinctula 和糞生變種A.pediades Var.fimicola 整體聚為一類，同歸為平田頭菇組（Sect.Pediades）；此外，硬田頭菇A.dura，沼生田頭菇A.paludosa 和模式種田頭菇A.praecox 同歸為田頭菇組（Sect.Agrocye）；值得注意的是登錄號MN007012.1 Agrocybe parasitica較為罕見的與柱狀田頭菇A.cylindracea（A.aegerita）和茶薪菇A.chaxingu 聚為一類，其拓撲值達到0.501，值得對MN007012.1 A.parasitica 具體的遺傳性狀開展深入研究。

在檢索出的192 條ITS 單基因序列信息中，共有17 條未知物種信息待定（見圖1 紅色背景標注）。其中，登錄號KY744153.1 （Agrocybe sp.TE NN 068499），MK634587.1 （Agrocybe sp.voucher JLF3250），F(xiàn)J235156.1（Agrocybe sp.SOC1251），MK607570.1 （Agrocybe sp.voucher Mushroom Observer* 303171），MK634584.1（Agrocybe sp.voucher JLF1690），MK634586.1（Agrocybe sp.voucher JLF1780），MK999930.1（Agrocybe sp.isolate Mushroom Observer.org/367 657）和MK606110.1（Agrocybe sp.voucher 46134285）8 個待定物種與模式種田頭菇A.praecox 聚為一類，無分支點，因?qū)儆谄叫形锓N。登錄號MK018891.1（Agrocybe sp.isolate OTU1128），MK634585.1（Agrocybe sp.voucher JLF1775），MK627487.1（Agrocybe sp.voucher 151 A07）和KR673463.1（Agrocybe sp.KA12-0412）4 個待定物種與平田頭菇A.pediades 聚為一類，也屬于平行物種。登錄號KF702395.1（Agrocybe sp.ql-5），KF702393.1（Agrocybe sp.ql-7）和KF702390.1（Agrocybe sp.ql-10）3 個待定物種與菌核田頭菇A.tuberosa 聚為一類，拓撲值≥0.661。登錄號JX135083.1（Uncultured Agrocybe clone B20）與堅殼田頭菇A.putaminum 聚為一類，拓撲值=0.943，具有極高的相似度。登錄號JN684794.1（Agrocybe sp.LE 11405）與A.pusiola 聚為一類，拓撲值=0.865，相似度也很高。

圖1 基于NCBI-ITS 序列構(gòu)建的田頭菇屬（Agrocybe）系統(tǒng)發(fā)育樹（Bootstrap，Repeat=1000）

3 結(jié)語

本研究通過對美國國立生物信息中心NCBI 核酸數(shù)據(jù)庫田頭菇屬Agrocybe 屬一級水平各物種ITS 單基因序列進行分析，采用T92（Tamura 3-paramete）模型計算遺傳距離，并基于鄰接法（Neighbor-Joining Method）構(gòu)建了田頭菇屬Agrocybe 系統(tǒng)進化樹。結(jié)果顯示，由田頭菇屬Agrocybe 內(nèi)各物種192 條ITS 單基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹大致分為6 個分支，并歸屬于不同組別。其中，有17 條待定物種信息各有歸類，而且相似度很高，具體信息如下：登錄號KY744153.1，MK634587.1，F(xiàn)J235156.1，MK607570.1，MK634584.1，MK634586.1，MK999930.1和MK606110.1 八個待定物種與模式種田頭菇A.praecox 平行歸類。登錄號MK018891.1，MK634585.1，MK627487.1 和KR673463.1 四個待定物種與平田頭菇A.pediades 也屬于平行歸類。登錄號KF702395.1，KF702393.1 和KF702390.1 三個待定物種與菌核田頭菇A.tuberosa 拓撲值達到0.661，可信度較高。登錄號JX135083.1 與堅殼田頭菇A.putaminum 拓撲值達到0.943，相似度極高，可視為同物種。登錄號JN684794.1 與A.pusiola 相似度也極高，拓撲值達到0.865，亦可視為同物種。此外，特別值得關(guān)注的是登錄號MN007012.1 Agrocybe parasitica，在我國尚未發(fā)現(xiàn)，其較為罕見的與柱狀田頭菇A.cylindracea（A.aegerita）和茶薪菇A.chaxingu聚為一類，拓撲值達到0.501，屬于可信度較高的一類，值得學(xué)者們對其具體的遺傳性狀繼續(xù)開展深入研究。

1994年，盧成英和李建宗[15]在湖南張家界國家森林公園分離到一株田頭菇屬Agrocybe 真菌，經(jīng)形態(tài)學(xué)特征鑒定為無環(huán)田頭菇A.farinacea Hongo，為當時我國新記錄種，標本編號MHJSU940141，存放于吉首大學(xué)真菌標本室（MHJSU）。2010年，戴玉成等在修訂的中國食用菌名錄中也對無環(huán)田頭菇（A.farinacea Hongo）進行了報道。2012年，金鑫和圖力古爾等對國內(nèi)田頭菇屬Agrocybe 的物種分類進行了詳細的系統(tǒng)學(xué)研究，通過對新鮮子實體的宏觀描述和烘干標本的顯微觀察，共描述了21 種田頭菇屬Agrocybe 物種，其中有3 個是中國新紀錄種，分別為隆起田頭菇A.elatella、褐色田頭菇A.brunneola 和平田頭菇環(huán)狀變種A.pediades var.cinctula Nauta，標本保存于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)菌物標本館（HMJAU）。但有關(guān)我國學(xué)者對無環(huán)田頭菇A.farinacea，隆起田頭菇A.elatella 和褐色田頭菇A.brunneola 的研究，筆者在NCBI-Taxonomy 檢索系統(tǒng)中未發(fā)現(xiàn)這3 個物種的任何信息記錄，此項工作應(yīng)在今后的研究中及時完善，以便豐富NCBI 菌種資源庫。

物種的系統(tǒng)進化研究是生物多樣性的基礎(chǔ)學(xué)科，物種的遺傳變異越豐富，其生存適應(yīng)性就越強，進化的潛力也就越大。大型真菌在其長期的自然演化和人工馴化過程中為了適應(yīng)不同地域的生態(tài)環(huán)境形成了不同的生態(tài)種類，具備了較為鮮明的遺傳分化。因此，本研究對田頭菇屬Agrocybe 不同物種間的遺傳關(guān)系以及對該屬各物種親本庫的選配和種質(zhì)資源的保護都具有一定的參考價值。近年來，隨著分子測序技術(shù)的快速發(fā)展，物種識別系統(tǒng)的譜系一致性技術(shù)（GCPSR，Genealogical Concordance Phylogenetic Species Recognition）已成為菌物多樣性研究領(lǐng)域的主流和熱點，已有諸多研究報道[16-20]。該技術(shù)通過對多基因家族的一致性、菌物形態(tài)學(xué)和生殖方式等進行快速鑒定，更清楚地界定了物種類別，可更有效地幫助人類理解物種間的親緣關(guān)系。