全 文 :·生物技术· 北方园艺2012(03):116~118
第一作者简介:冯健(1978-),男,博士,工程师,现主要从事林木分
子遗传及生物技术和土壤微生物研究工作。E-mail:fengjian-0205
@163.com。
基金项目:辽宁省科技支撑计划资助项目(2007207004)。
收稿日期:2011-10-12
基于IGS序列的两株蜜环菌分子鉴定
冯 健,范 俊 岗,金 若 忠,陈 罡
(辽宁省林业科学研究院,辽宁 沈阳10032)
摘 要:以从猪苓[Polyporus umbelatus(Pers.)Fr.]菌核和榛蘑(Armilariela melea)子实
体中分离得到菌株bs和zm为试材,通过对其IGS区段进行分析并结合分离材料和培养菌丝的
形态特征确定其分类学地位。结果表明:菌核和子实体的生境及形态学特征初步鉴定为蜜环菌;
对2个菌株的分类学地位进行了分析确定,并利用引物5SA和CNL12扩增其IGS区域,进行
BLAST比对分析,菌株bs和zm均为高炉蜜环菌,为辽宁省猪苓的伴生菌。
关键词:蜜环菌;PCR;rDNA
中图分类号:S 949.32 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)03-0116-03
蜜环菌(Armilaria)广泛分布于世界各地,可引起
多种针叶树及阔叶树根腐病,其寄主植物多达300属,对
林业造成巨大的经济损失[1]。然而,蜜环菌又是一类具
有重要经济价值的高等真菌。一些中药制剂,如脑心
舒、银蜜片等,已广泛应用于临床治疗;同时也是名贵中
药天麻(Gastrodia elata)和猪苓(Grifola umbelata)栽培
必备的共生菌[1-2]。
蜜环菌担子果形态变异大,基于形态学的蜜环菌属
的分类一直较为混乱,全世界有250多个种划归该属,同
时也有一些蜜环菌被划分到其它属种[2-3]。随着生物技
术的发展,分子生物学方法广泛应用于真菌系统学研究
和分类鉴定中。目前,在蜜环菌狭义种遗传多样性和分
子系统学研究中,应用较多的方法主要包括扩增IGS
(Intergenetic spacer,基 因 间 隔 区)、ITS(Internal
transcribed spacer,内转录间隔区)、限制性内切酶的酶
切、RFLP(Restriction Fragment Length polymorphism,限
制性 片 段 多 态 性)和 RAMS(Random Amplified
Microsatelite,随机扩增微卫星)等[2]。该文以野生猪苓
菌核和榛蘑子实体为材料,从中分离得到2个菌株,通
过对其IGS区段进行分析并结合分离材料和培养菌丝
的形态学特征确定其分类学地位。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 菌株 该试验待鉴定的菌株为辽宁省林业科学
院森林保护实验室自丹东市宽甸县红松林分离和筛选
得到。将菌核从野外带回,在无菌室内,用犀牛牌刀片
削去菌核表皮,挑选内部黄白色部分切割成豆粒大,用
无菌镊子夹住,放入含PDA培养基的试管中即可完成
菌株的分离,待菌索长出,再行转管、纯化。另外,为准
确鉴定这2株菌株,从沈阳农业大学购得1株已经过鉴
定的蜜环菌。将分离自猪苓菌核的菌株命名为bs,分离
自榛蘑子实体的菌株命名为zm,从沈阳农业大学购得的
菌株命名为nydx。
1.1.2 主要试剂及引物 rDNA-IGS扩增所用试剂、
DNA凝胶回收试剂盒均购自天根生化科技(北京)有限
公司。rDNA-IGS分析所用的引物5SA/CNL12由英潍
捷基(上海)贸易有限公司合成。其它试剂为国产分析
纯试剂。
1.2 试验方法
1.2.1 菌株形态观察 将保存菌株接种于PDA培养
基斜面上,置于生化培养箱中25℃培养72h,观察并记
录菌落特征和菌株形态特征。菌索24h定植,犹如小须
根,背光条件下,可见荧光。这2种菌不像香菇等在
PDA培养基上可以长出白色菌丝构成菌落,只是在培养
基内部生长,后期部分菌索穿出培养基表面。菌索刚开
始时是白色,后期变褐色。
1.2.2 真菌基因组DNA的提取及检查 采用CTAB
法[5]提取菌丝体基因组总DNA,用1.2%的琼脂糖凝胶
电泳定性检测,再用紫外分光光度计定量检测。
1.2.3 rDNA-IGS分析 采用引物5SA和CNL12扩增
其rDNA-IGS片段。引物序列为5SA:5′-CAGAGTC-
CTATGGCCGTGGAT-3′,CNL12:5′-CTGAACGCCTCTA-
AGTCAG-3′。扩增体系为:10×PCR Bufer 2.5μL,
10mmol/L dNTPs 2 μL,25 mmol/L MgCl22μL,
5U/μL Taq DNA酶0.3μL,10μmol/L 5SA和CNL12
引物 各 1μL,50ng/μL 模 板 DNA 1μL,ddH2O
611
北方园艺2012(03):116~118 ·生物技术·
16.2μL,反应总体积为25μL。扩增反应条件为:94℃
预变性2min后;94℃变性40s,58.9℃退火40s,72℃延
伸100s,共35个循环;最后于72℃补平10min,终止温
度为4℃。扩增产物于1.5%琼脂糖凝胶中电泳检测。
1.2.4 rDNA-IGS片段的回收、克隆和测序 采用DNA
凝胶回收试剂盒(北京天根生化科技有限公司)从1.5%
的琼脂糖凝胶中回收rDNA-IGS扩增片段。回收产物
用普洛麦格pGEM-T Easy Vector连接,转化于大肠杆
菌(E.coli)DH5α菌株感受态细胞,经蓝白斑筛选和PCR
鉴定后,每个样品均随机挑选3个阳性克隆交付上海生
工生物工程技术服务有限公司完成测序。
1.3 序列比较
将测得的序列用Blastn软件从GenBank搜索到的相
关序列,用Clustal W软件进行比对后手工校正。
2 结果与分析
2.1 2株蜜环菌的分离与形态学鉴定
由图1可知,来自猪苓菌核分离的菌株,生长类似
密环菌菌索。来自榛蘑的菌株子实体肉质,菌盖幼时半
球形至钟形,成熟时圆形。菌柄上具有菌环,柄基部膨
大球形,菌柄上有绒毛状菌墓残留物。另外,将这2株
待鉴定菌株与购得的已鉴定为蜜环菌的菌株在固体培
养基上培养并定期进行观察,结果表明,这3个菌株生
长非常相似,具有蜜环菌典型的形态特征。根据上述观
察结果,初步鉴定,从猪苓菌核和榛蘑子实体中分离得
到的2株菌株为蜜环菌。
图1 bs和zm的菌索
Fig.1 Rhizomorph of bs and zm
2.2 3株蜜环菌的分子鉴定
为进一步确定这2株蜜环菌的分类地位,采用分子
生物学方法对其进行鉴定。分别提取3株蜜环菌的
DNA(sb、zm和nydx),采用通用引物5SA和CNL12扩
增其rDNA-IGS片段。将获得的扩增片段进行测序、序
列比对等生物信息学分析,结果表明,3株蜜环菌的同源
性为98.38%,sb和zm的同源性为99.07%,sb与nydx
的同源性为96.75%,zm与nydx的同源性为97.10%
(图2)。将3株蜜环菌测序结果在NCBI上进行Blast分
析表 明,sb 和 zm 与 高 卢 蜜 环 菌 相 似 性 较 高
(EU636240.1),nydx与黄小蜜环菌(AF451803)相似性
比较高。为构建这3株蜜环菌的系统进化树,从
GenBank/EMBL/DDBJ数据库中下载其它蜜环菌
rDNA-IGS序 列,包 括 高 卢 蜜 环 菌 (EU636240.1、
AF451829.1)、黄小蜜环菌(DQ115581、AF451802.1、
AF451803)、芥 黄 蜜 环 菌 (AY509169)、Armilaria
calvescens(FJ626849)、奥 氏 蜜 环 菌 (AF451815)、
Armilaria nabsnona (AY509178)和 北 方 蜜 环 菌
(GQ847520)。系统进化树构建结果表明,bs和zm与高
卢蜜环菌(EU636240.1、AF451829.1)亲缘关系较近,
nydx与黄小蜜环菌(AF451803)亲缘关系较近(图3)。
这一结果与NCBI比对结果一致。
nydx TTGGTGTCGC ACATTAGACT TGTGTTTAAA TAGAGCTTTG CTCGTGAACC
zm ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
bs ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
nydx AAATATGGTGGGCTGGGTTG TCTTTGCGGA AACGCTTGGA CGACTTGTCT
zm ---------- ---------- ---------- ---------G ----------
bs ---------- ---------- ---------- ---------G ----------
nydx ACGAATTGTA ATCATAATAT GGGCGGCGGT GAATCCTTTG CAGACGACTT
zm ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
bs ---------- --T------- ---------- ---------- ----------
nydx GAATGGGAAC GGGGTACTGT AAGTGGTAGA GTAGCCTTGT TGCTACGATC
zm ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
bs ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
nydx CACTGAGGTT AAGCCCTTGT TCTAAAGATT TGTTCAACTT TGTTGGACTT
zm ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
bs ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
nydx TCTCTTTTCT TTTTACATGC TGAAACCTTG AGGGCCGGGA TAGTATCCTT
zm ---------- ---------- ---G------ ---------- ----------
bs ---------- ---------- ---G------ ---------- ----------
nydx TGTGCACTCG CGACAGCATG TTACTTAGAT TCGAAAGGGT AAGCTAACAA
zm ---------- ---------- ---------- ---------- -G--------
bs ---------- ---------- ---------- ---------- -G--------
nydx CAACGCCTTA GTGTTTTGTT ACCTTTCTCC TTTGAATCAC GAGTTATTAT
zm ---------- ---------- ---------T ---------- ----------
bs ---------- ---------- ---------T ---------- ----------
nydx GAGCCTTGAA GACTTATAAG GCACTTAGTT AGCAAGCTCT AACCGCGCGC
zm ---------- ---------- ---------- ---------- -----T----
bs ---------- ---------- ---------- ---------- -----T----
nydx TGACTTGGAA CGGTCTTTAT CTTGTACTTG ATATCGACTT TATGGCCGAT
zm ---------- ---------C ---------- --------C- ----------
bs ---------- ---------C ---------- --------C- ----------
nydx ATCCCGTATA TGGTATAGCC AAGATCCTTG AAAGGGCAAG TCAACGACTG
zm ---------- ---------- ---------- -------G-- --G-------
bs ---------- ---------- ---------- -------G-- --G-------
nydx ATTTTCTGGA TCGTTAGTGA GCTTGAGGGT CTGCCCTAAG GTTGCCATGA
zm ---------- ---------- --C------C ---------- ----------
bs ---------- ---------- --C------C ---------- ----------
nydx TTGAAAAGGC CTTAGAAGCT AAGTAAGTTA AGCTACGGTT ACCTTTTTAA
zm ---------- ---------- ---------- ---------- ---------G
bs ---------- ---------- ---------- ---------- ---------G
nydx CCGTTTCAAC TGTTTACTTA GCTTTCGAGG GCTACGTTCA AAATTTGAAC
zm ---------- C----G---- ---------- ---------- ----------
bs ---------- C----G---- ---------- ---------- ----------
nydx AGCAACTGGT TCTGAAACGA AAGGTTTGCT AAGTAAACCA TTGGTCAAGA
zm G--------- ---------- ---------- ---------- ----------
bs G--------- ---------- ---------- ---------- ----------
nydx CCGGTTTGCA ACAATTTTGG -TGGCTGTAG GATGAGTTTT CATT -GACTT
zm T--------- ---------- ---------- -GC------- ----T-----
bs T--------- ---------- G--------- -GC------- ----------
nydx GGCCTATAGT GCGAGTTGGT AACAAAACGC AATAAAATGC ATACTTGTTA
zm ---------- ---------- ---------- ---------- -C--------
bs ---------- ---------- ---------- ---------- -C--------
nydx TC-CACGGCG AGA
zm --------T- ---
bs --A------- ---
图2 3株蜜环菌核酸序列比对结果
Fig.2 The blast of 3Armilarias based on nucleotide sequences
711
·生物技术· 北方园艺2012(03):116~118
图3 3株蜜环菌与其它近缘种的系统发育树
Fig.3 The phylogenetic tree of 3Armilarias
and other related species
3 结论与讨论
猪苓为传统中药,有利水渗湿作用,近年来医疗上
又发现其对医治肝炎和抗癌有疗效,具有较高的药用价
值。榛磨为我国东北特有的山珍之一,其富含人体必需
的多种氨基酸和维生素,是目前市场上深受消费者喜爱
的一种菌类。但是,猪苓和榛蘑人工繁殖均十分困难,
研究表明猪苓和榛蘑均需要蜜环菌伴生才能生长。因
此,明确猪苓和榛蘑的伴生蜜环菌对人工繁殖至关重
要。由于蜜环菌分类比较混乱,传统实验手段很难准确
鉴定蜜环菌的分类地位。随着生物技术的发展,将形态
学与现代分子生物学技术相结合的方法对蜜环菌进行
鉴定已得到广泛应用,尤其是分子技术的介入使得准确
鉴定蜜环菌不再困难。Duchesne L C等[6]在研究中发
现,蜜环菌属(Armilaria)内各生物种的5SrRNA基因
与18S、5.8S和28SrRNA基因共处于rRNA基因群的
一个重复单位(rDNA)中,并且它们的转录方向是一致
的,5SrRNA基因5′端距28SrRNA基因的3′端0.8kb。
据此,Duchesne L等[6]和Anderson J B等[7]设计了分别
位于5SDNA和28SrDNA的引物5SA和CNL12,用于
在PCR反应中扩增蜜环菌属(Armilaria)各生物种5S
DNA和28SrDNA之间的IGS区段。Anderson J B
等[7]用这2个引物(5SA/CNL12)成功地扩增了蜜环菌
属9个生物种24个分离株的IGS区段。Henrion B
等[8]用这一对引物(5SA/CNL12)成功扩增出IGS的真
菌,包括Lactarius、Rhizopogon、Amanita、Tricholoma、
Tuber、Cenococcum、Boletus、Paxilus和Scleroderma等
多个属。在后来的研究中,也在其它一些真菌中发现了
类似蜜环菌属(Armilaria)物种的rDNA结构[9-10],说明
这种rDNA结构在真菌中具有一定的普遍性。同时,也
表明5SA和CNL12这对引物组合可准确鉴定、区分蜜
环菌。该研究即采用这对引物组合对所获得的2株蜜
环菌进行鉴定,其鉴定准确性十分可靠。
该研究将传统的形态观察与分子技术相结合,首先
从形态学上确定分离自猪苓菌核和榛蘑子实体的菌株
为蜜环菌。与此同时,应用分子生物学技术,扩增所获
菌株的rDNA-IGS区域。通过生物信息学分析,确定这
2株蜜环菌与高卢蜜环菌具有较近的亲缘关系。另外,
购买已获鉴定的蜜环菌菌株作为参照,通过形态观察和
分子技术鉴定,均表明从猪苓菌核和榛蘑子实体中所获
得菌株与参照蜜环菌具有非常高的相似性和同源性。
这进一步证实了鉴定结果的准确性。
参考文献
[1] 秦国夫,赵俊,郭文辉,等.蜜环菌的生物学研究进展[J].东北林业大
学学报,2004,32(6):89-94.
[2] 邹容,康翼川.蜜环菌研究进展[J].山地农业生物学报,2005,24(3):
260-264.
[3] Volk T J,Harold H B.The state of taxonomy of the genus Armillaria
[J].Mc Ilvainea,1993,11:4-11.
[4] Coetzee M P,Wingfied B D,Harrington T C,et al.Geographicaldiversity
of Armilaria.S.S.based on phylogentic analysis[J].Mycologia,2000,92(1):
1056-1130.
[5] Hilis D M,Moritz C M,Mable B K.Molecular Systematics[M].
Massachusetts:Sinauer Associates,1990:411-501.
[6] Duchesne L C,Anderson J B.Location and direction of transcription of
the 5SrRNA gene in Armillaria[J].Mycological Research,1990,94:
266-269.
[7] Anderson J B,Stasovski E.Molecular phylogeny of northern hemi-
sphere species of Armillaria[J].Mycologia,1992,84:505-516.
[8] Henrion B,Le T,Martin F.Rapid identification of genetic variation of
ectomycorrhizal fungi by amplification of ribosomal RNA genes[J].New
Phytol,1992,122:289-298.
[9] Bel B I,Degennaro L J,Gelefand D H,et al.Ribosomal RNA genes of
Saccharomyces cerevisiae[J].Journal of Biological Chemistry,1997,252:8118-
8125.
[10]Garber R C,Turgeon B G,Selker E U,et al.Organization of ribosomal
RNA genes in the fungus Cochliobolus heterostrophus[J].Current Genetics,
1998,14:573-582.
Molecular Identification of Two ArmilariaBased on IGS Sequence Analysis
FENG Jian,FAN Jun-gang,JIN Ruo-zhong,CHEN Gang
(Liaoning Academy of Forestry Sciences,Shenyang,Liaoning 110032)
Abstract:The bs and zm was isolated from sclerotia of Polyporus Umbelatus and body of Armilaria melearespectively
as test material.Through the IGS Section was analyzed and combinated the morphological characteristics of mycelium of
separation material,the taxonomic position were determined.The results showed that the habitats and morphological
features of sclerotia of Polyporus Umbelatus and body of Armilaria melea,two asociated fungi were identified as
Armilaria preliminarily.In order to confirm the taxonomic position of two Armilarias,PCR with 5SA and CNL12as
primers was used to amplify rDNA of two Armilarias.The results showed that both of Armilarias were Armilaria galica,
which was the associated fungus of Polyporus Umbelatus in Liaoning Province.
Key words:Armilaria;PCR;rDNA
811