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Published: May 11, 2021 DOI: 10.21769/BioProtoc.2003661 Views: 2782
材料与试剂
仪器设备
软件和数据库
实验步骤
图3. 内生真菌的鉴定策略 (袁志林,2010)
1) 产孢群体
在形态学鉴定过程中,针对不同特性的真菌种类,所采用的鉴定策略也有差别。对于产孢群体 (图4) 鉴定过程:
图4. 产孢真菌Stagonosporopsis rhizophilae形态特征 在PDA (A),MEA (B),CA (C),OA (D)上培养7天的菌落照片;(E-F)分生孢子器;(G)分生孢子器壁;(H)产孢细胞;(I)分生孢子。标尺:2 cm (A-D);800 μm(E); 20 μm(F);10 μm(G-I)。
在共生真菌的鉴定过程中,分子学鉴定十分重要。对于产孢的共生真菌,首先选择经过可靠形态鉴定的物种为材料,然后测定其标记基因的序列,实现对该物种的DNA条形编码。对于不产孢共生真菌,首先观察现有的形态特征,然后选择标记基因,测定序列,进行Blast比对后,与其近缘种比较形态特征,从而鉴定纯培养物。这种方法简单快捷,越来越成为真菌鉴定首选方法。具体的标记基因鉴定过程如下:
1)共生真菌DNA提取。挑取纯培养真菌菌丝至1.5 ml无菌离心管中,并使用真菌基因组DNA快速提取试剂盒 (艾德莱) 并依据其操作说明书的步骤进行真菌DNA提取,具体步骤见说明书。
2)多标记基因PCR扩增。以共生真菌的DNA为模板,对内转录间隔区 (ITS rDNA) 基因片段进行PCR序列扩增。扩增体系50 μl:2 μl模板DNA (约20-50 ng);正向与反向引物各0.5 μl (浓度50 μM);25 μl 2x Taq Master Mix (北京康为世纪生物科技有限公司),最后用无菌ddH2O补齐。所用引物名称以及PCR程序 (见表1)。PCR扩增产物送往生工生物工程 (上海) 股份有限公司进行测序。
表1. 六个基因片段PCR扩增所用引物和扩增程序
目的片段 Fragments | 所用引物Primers | PCR程序 Amplification protocol | 参考文献 References |
---|---|---|---|
ITS | ITS1F | (1) 94 °C预变性4 min; (2) 94 °C变性40 s,55 °C退火50 s,72 °C延伸1 min,计35个循环; (3) 72 °C延伸10 min | White et al., 1990 |
ITS4 | |||
SSU | NS1 | (1) 94 °C预变性4 min; (2) 94 °C变性40 s,55 °C退火50 s,72 °C延伸2 min,计35个循环; (3) 72 °C延伸10 min | White et al., 1990 |
NS4 | |||
LSU | LR0R | (1) 94 °C预变性4 min; (2) 94 °C变性40 s,55 °C退火50 s,72 °C延伸2 min,计35个循环; (3) 72 °C延伸10 min | Vilgalys and Hester, 1990 |
LR5 | |||
tef1 | EF1-983F | Touchdown PCR (递减PCR) : (1) 94 °C预变性4 min; (2) 94 °C变性40 s,66 °C退火50 s,72 °C延伸1.5 min,每个循环降低1 °C,计10个循环; (3) 94 °C变性40 s,56 °C退火50 s,72 °C延伸1.5 min,计30个循环 (4) 72 °C延伸10 min | Rehner and Buckley, 2005 |
EF1-2218R | |||
RPB2 | fRPB2-5f | (1) 94 °C预变性4 min; (2) 94 °C变性50 s,58 °C退火50 s,72 °C延伸2 min,计35个循环; (3) 72 °C延伸10 min | Liu et al., 1999 |
fRPB2-7cR | |||
TUB | TUB2FD | (1) 94 °C预变性5 min; (2) 94 °C变性40 s,51°C退火1 min,72 °C延伸1.5 min,计35个循环; (3) 72 °C延伸10 min | Aveskamp et al., 2009 |
TUB4RD |
3)测序结果分析。测序结果经BioEdit v7.2、GeneDoc v2.7.0软件人工去除首尾参差不齐的部分序列,再通过NCBI网站进行BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) 比对(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi),下载相关已发表模式菌株对应序列,并基于ITS序列对分离所得真菌分类地位进行初步鉴定。
4) 系统发育树的分析。基于SSU、LSU、tef1、RPB2和TUB等标记基因对待鉴定的真菌进行系统发育分析,所用引物名称以及PCR程序 (见表1)。基于供试菌株的基因序列以及数据库中下载的参考菌株基因序列进行联合分析,并构建单基因和多基因系统发育树。
标记基因选择的标准:①选择具有较高保守性,在进化过程中能够容忍更多变异,在绝大多数真核生物中表现极为广泛的序列多态性。②基因区序列在种内的不同个体之间变异小,但不同种之间存在足够大的差异,以便于区分不同的物种;③标记基因序列长度不易过长,便于在部分受损DNA样本中进行扩增和序列分析;④标记基因的数据库应足够大,包括足够多的真菌系统进化信息,便于不同分类等级生物物种的鉴别;⑤标记基因的引物通用性强、扩增成功率高;⑥对于不同的分类群可以用相同的DNA区域进行标准化操作。如ITS作为真菌DNA条形码的主要优势在于其大小合适 (~500 bp),引物通用性强,扩增成功率高,而且在GenBank等数据库中存有最多的DNA片段序列。
目前对树木共生真菌的鉴定主要采用分子鉴定 (ITS、LSU、RPB2等基因) 结合形态描述 (有性繁殖和无性繁殖结构) 的方法;无论共生真菌是否产孢,我们均将根据系谱系统发育种类鉴别技术 (Genealogical Concordance Phylogenetic Species Recognition,GCPSR) 鉴定物种,对几个非连锁基因的系统发育进行分析,构建系统发育树 (图5,图7) (单基因和多基因联合分析构建系统发育树,可选择的建树方法有最大简约法、最大似然法以及贝叶斯建树),每个真实种的系统发育位置至少有些是一致的,在其他种类中也是不矛盾,从而完成整个树木共生真菌的鉴定的工作。
图7. 基于RPB2基因片段建立NJ进化树分析云南产气霉与炭角菌科相关类群真菌的系统发育关系 Bootstrap值> 50%显示在每个分支的节点上。Creosphaeria sassafras作为外群 (袁志林,2010)。
结果分析
溶液配方
致谢
感谢中国林业科学院中央公益科研院所基金 (CAFYBB2020ZY002-1和CAFYBB2019ZA001-3) 和国家自然科学基金 (No. 31722014) 的资助。
参考文献
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