《Journal of Fungi》：Enhanced Early Detection and Precision Monitoring of Rubber Tree Powdery Mildew Pathogen Erysiphe quercicola Using Quantitative PCR and Droplet Digital PCR
Xiaoyu Liang,
Deyu Feng,
Mengyuan Xiong,
Shaoyao Zhou,
Lifeng Wang,
Shanying Zhang,
Meng Wang and
Yu Zhang
编辑推荐：
本研究利用140份毛木耳（Auricularia cornea）种质资源，通过连续两年的表型评价与全基因组关联分析（GWAS），系统解析了子实体产量、形态（FBL、FBW、FBT）、生长周期（GP）和颜色等关键农艺性状的遗传结构。研究鉴定出与性状显著相关的单核苷酸多态性位点（SNPs），发现产量相关位点主要富集于9号染色体，并通过功能注释揭示了候选基因在细胞壁多糖修饰、氧化还原、色素合成等通路中的作用。单倍型分析进一步鉴定了与优良表型相关的优势单倍型，为毛木耳的高产、优质分子育种提供了理论依据和基因资源。
毛木耳关键农艺性状的全基因组关联分析（GWAS）与优势单倍型鉴定
摘要
毛木耳（Auricularia cornea）富含多种营养物质和生物活性成分，其产业规模持续扩大，阐明关键农艺性状的遗传基础对于分子标记辅助育种和品种改良至关重要。本研究通过对140份具有不同地理来源的毛木耳种质资源进行为期两年的系统表型评价，并结合基因组重测序数据进行全基因组关联分析（GWAS），解析了10个农艺性状（包括FBL、FBW、FBT、产量、MGR、GP和子实体颜色等）的遗传结构，鉴定了与性状显著相关的基因位点和优势单倍型，为毛木耳的高产优质分子育种提供了理论基础。
1. 研究背景
毛木耳是中国重要的食药用菌之一。其产量、形态特征、生长周期和色泽等农艺性状直接影响其商品品质和栽培效益。目前，毛木耳的育种工作仍主要依赖经验性的表型选择。与作物研究相比，针对毛木耳等胶质食用菌的系统表型鉴定、多性状联合关联分析及候选基因功能挖掘等方面的研究仍明显不足。本研究旨在利用自然群体，通过GWAS方法揭示毛木耳重要农艺性状的遗传调控基础。
2. 材料与方法
本研究以140份毛木耳菌株为材料，在吉林农业大学进行了2024年和2025年两轮栽培实验，系统调查了10个子实体相关性状（FBRTs）。利用高通量测序技术获得了2,512,778个高质量的单核苷酸多态性位点（SNPs）。基于表型数据和全基因组SNPs，使用混合线性模型（LMM）进行全基因组关联分析。对显著关联的SNPs，在其侧翼区域筛选候选基因并进行功能注释。最后，利用Haploview软件对显著位点进行单倍型分析，并与表型数据关联，鉴定优势单倍型。
3. 结果
3.1. 毛木耳数量性状的表型多样性
群体在多个性状上表现出丰富的表型变异，其中产量的变异系数最高，其次是菌丝生长速率（MGR）。对四个质量性状的分析表明，新鲜子实体背面色（DCF）的香农-维纳多样性指数最高，表型类别分布最为分散，表明其具有较高的遗传变异水平。
3.2. 农艺性状间的相关性分析
相关性分析显示，子实体长度（FBL）与宽度（FBW）、产量、MGR均呈显著正相关，而与子实体厚度（FBT）和生长周期（GP）呈显著负相关。产量与FBL、FBW、FBT、VCF显著正相关，而与GP显著负相关。颜色相关性状（VCF、DCF、VCD、DCD）之间也呈显著正相关。
3.3. 全基因组关联分析（GWAS）
3.4. 基因功能注释
基于GWAS结果，在显著SNPs的侧翼区域共鉴定出42个推定候选基因。与MGR相关的候选基因主要参与蛋白质翻译后修饰和代谢过程，如糖苷水解酶、复合亚基STT3和酸性蛋白酶。与GP相关的基因主要编码Osmotin/thaumatin样蛋白和1,3-β-葡聚糖酶，参与信号转导和细胞周期调控。产量相关性状的候选基因主要注释为糖苷水解酶家族蛋白，参与细胞壁多糖代谢、能量代谢和氧化还原调控。子实体形态相关性状（FBL、FBW、FBT）的候选基因主要为1,3-β-葡聚糖酶、糖苷水解酶等，与细胞壁多糖降解和氧化还原调控密切相关。子实体颜色相关性状的候选基因（如细胞色素P450）主要参与色素生物合成、芳香化合物代谢和氧化还原反应。
3.5. 单倍型分析
对显著关联的SNPs进行单倍型分析，发现携带特定优势单倍型的菌株在对应性状上表现出显著更优的表型。例如，与FBL关联的位点Chr9-1165416定义了三个单倍型，其中携带CA单倍型（Hap.1）的菌株具有显著更长的子实体长度。
与FBW关联的位点Chr12-2149576定义了五个单倍型，携带CATATTA单倍型（Hap.1）的菌株子实体宽度最大。
与FBT关联的位点Chr11-1976026定义了四个单倍型。
与产量关联的位点Chr8-2172469定义了两个单倍型，携带GA单倍型（Hap.1）的菌株产量显著更高。
同样，与GP和MGR关联的位点也分别鉴定出了优势单倍型。这些发现为后续的分子标记辅助选择提供了直接可用的遗传单元。
4. 讨论
4.1. 毛木耳种质资源的表型评价
本研究中，产量和子实体厚度在群体内表现出相对丰富的表型变异。DCF的多样性指数最高，是区分菌株表型差异的重要质量性状。相关性分析揭示了子实体形态发育中存在协调的形态资源分配模式，并非所有形态维度同步增强，这与前人的研究一致。颜色相关性状间的强相关性，可能是由于基因多效性或控制这些性状的位点紧密连锁所致。
4.2. 毛木耳农艺性状的全基因组关联分析
产量相关位点（特别是FBL、FBW、MGR相关的SNPs）在9号染色体上显著富集，暗示该染色体区域可能存在协调调控子实体形态发育和产量形成的多效性位点或紧密连锁的数量性状基因座（QTL）簇。功能注释分析表明，不同性状相关的候选基因具有清晰的功能分化。菌丝生长速率相关基因主要涉及蛋白质加工和能量代谢。子实体形态性状相关基因主要富集于细胞壁多糖代谢、细胞结构维持和物质运输等功能。产量相关候选基因在初级代谢和能量相关过程中显著富集。生长周期（GP）相关基因则主要参与信号调控和过程控制，如编码含有RhoGAP结构域的蛋白。颜色相关性状的候选基因功能富集于氧化还原、次级代谢和细胞结构调控，其中细胞色素P450酶已被广泛报道参与色素沉积。
4.3. 毛木耳农艺性状相关优势单倍型分析
单倍型分析是GWAS的重要验证和精细化步骤。本研究发现，与FBL、FBW和产量相关的连锁区段中，均存在表型性能显著更优且频率相对较高的优势单倍型。这表明这些基因组区域可能经历了长期的人工选择，导致有利等位基因组合的富集。这种模式与食用菌驯化改良过程中关键商品性状位点等位基因频率分布被重塑的现象一致。
5. 结论
本研究利用140份遗传多样性丰富的毛木耳种质资源，系统解析了其重要农艺性状的遗传基础。多数性状表现出丰富的遗传变异和较高的遗传力。GWAS鉴定出多个与关键农艺性状显著相关的SNP位点，其中产量相关位点富集于9号染色体。通过整合显著性阈值和连锁不平衡信息，鉴定出10个核心关联SNP和42个推定候选基因，这些基因主要参与细胞壁代谢、氧化调控、色素生物合成和信号转导途径。单倍型分析进一步鉴定出多个与优良表型相关的优势单倍型。携带这些单倍型的菌株在相应性状上表现出显著的表型优势，表明了它们在分子育种中的应用潜力。未来，建立高效的遗传转化体系，扩大群体规模，并开展多年多环境试验，将有助于验证所发现优势单倍型的遗传稳定性和实际育种价值，最终实现毛木耳的精准遗传改良。
