《Ecology and Evolution》：Within-Population Genetic Structuring of the Cosmopolitan Fungus Schizophyllum commune in Poland and Ukraine
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研究真菌亚群的遗传特征有助于评估物种组成变化相关的风险、制定保护策略、评价基因型扩散的潜在媒介，并揭示环境因素对亚群遗传的影响。担子菌门木材腐朽真菌裂褶菌（Schizophyllum commune）因其广泛的分布型和对环境变化的响应，成为研究遗传-进化过程的
研究真菌亚群的遗传特征有助于评估物种组成变化相关的风险、制定保护策略、评价基因型扩散的潜在媒介，并揭示环境因素对亚群遗传的影响。担子菌门木材腐朽真菌裂褶菌（Schizophyllum commune）因其广泛的分布型和对环境变化的响应，成为研究遗传-进化过程的模式生物。本研究旨在利用高信息量的简单序列重复（simple sequence repeat, SSR）DNA标记，研究波兰和乌克兰裂褶菌种群的遗传结构，识别影响基因流的潜在环境因素，并确定基因型传播的方向。样本在主成分空间中的遗传聚类及单一网络的形成（44%）表明整个真菌种群存在大量的基因流。对整个数据集进行的Mantel检验分析揭示了微弱但统计学显著的相关性（r=0.1415，p=0.001）。Vor（4）和Olex（6）亚群包含最大数量的特有基因型，这通过样本遗传数据与其地理位置之间的强相关性得以证实。裂褶菌样本在亚群水平的单一网络形成的边截止值分别为：Pol1—29%、Pol2—29%、Sha—29%、Vor—27%、Kyiv—33%、Olex—38%、Cher—32%、Kr_r—32%。Sha（3）和Kyiv（5）亚群表现出强烈的基因流。所获数据强烈表明，第聂伯河（Dnipro River）和喀尔巴阡山脉（Carpathian Mountains）等地理屏障显著影响裂褶菌亚群的遗传结构。裂褶菌的遗传物质似乎从乌克兰西部（亚群4、3）向波兰（亚群1、2）扩散，然后再从北部向乌克兰中部扩散。
## 研究背景与科学问题
真菌是生态系统的基本组成部分，维持生态平衡并支持其他生物的生存活动。真菌参与共生和寄生相互作用，促进环境稳态，并在生物地球化学循环中扮演独特角色，特别是碳、氮等元素的循环。真菌具有全球性分布，能够在高海拔、深海水以及极端气候条件下生存。然而，与其他生物群落类似，真菌也受到气候变化、污染、人类活动等因素的影响，栖息地破碎化和生境破坏正影响着真菌的扩散与存活。
开展种群研究有助于评估物种组成变化带来的风险并制定保护策略。在庞大的真菌多样性中，某些物种常被用作模式生物以解决各科学领域的当前问题，这种选择主要基于其广泛分布、生活型、对环境变化的响应以及简便的培养条件。腐生担子菌裂褶菌因其显著的生态可塑性，非常适合进行种群遗传学和遗传-进化学研究。研究种群间的遗传变异对于理解进化过程和各种生态条件下的适应机制至关重要。鉴于裂褶菌的广泛分布及其形成大种群的能力，若无适当的方法学和统计学手段，评估区域变化、方向和速度将极为困难。在亚群水平研究遗传特征能够评估其异质性、不同地区的优势基因型及其可能的传播途径。此外，评估环境因素对真菌亚群遗传的影响并确定潜在相关性也至关重要。亚群遗传结构的特异性可能反映与地理和生态屏障、气候变化及人为影响相关的历史和当代过程。
种群结构分析的关键方面在于选择合适的标记系统、所需位点数量及其灵敏度。简单序列重复（simple sequence repeat, SSR）即微卫星标记，是共显性的高多态性DNA标记，广泛应用于种群遗传学。微卫星长度从几个到数千个重复不等，其突变率比点突变高一个数量级，每代每个位点可达10
?6至10
?2事件。特定的高多态性微卫星适合检测近缘物种间的杂交、研究基因流和分析种群结构。SSR在基因组中受到选择压力，分布于基因间区和非编码区，少量位于外显子中。研究人员为模式真菌裂褶菌开发了特定的高信息量SSR DNA标记，并在全球和局部水平上证明了其有效性。
中东欧地区，特别是波兰和乌克兰，呈现出可能影响裂褶菌种群遗传结构的气候和景观条件镶嵌格局。真菌的空间分布很大程度上由温度、湿度、光照、风况和土壤条件等小气候组分决定，这些因素因局部景观而异。小气候条件决定真菌的存活、繁殖和分布，可能促进或限制种群水平的真菌生物多样性。不利条件可能导致某些基因型从种群中淘汰，从而降低其变异性。此外，随着种群间空间距离的增加，基因流可能减少，导致空间遗传结构的出现。本研究的独特之处在于将大种群划分为较小地点，从而识别影响真菌遗传多样性的因素。分析不同亚群的遗传结构及其相互联系，将有助于确定裂褶菌基因型在波兰和乌克兰传播的进化方向。
## 关键技术方法
本研究采集了涵盖裂褶菌自然分布区的8个地点共169个子实体样本，采样地点地理距离从75公里（Kyiv至Olex）到1000公里（Pol1至Kr_r）不等，样本来源地包括波兰东部的Pol1、Pol2亚群以及乌克兰中西部的Sha、Vor、Kyiv、Olex、Cher、Kr_r共8个亚群。研究人员开发了34对特异性SSR引物，通过聚合酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）扩增和8%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离扩增产物，经银染显色后进行基因分型。数据分析采用GenAlEx v6.5和PAST v5软件，应用主成分分析（principal components analysis, PCA）可视化遗传多样性，使用Dice相似性指数构建样本关系网络，通过Mantel检验（9999次置换）评估遗传距离与地理距离的相关性，运用非度量多维标度分析（nonmetric multidimensional scaling, NMDS）探索样本间关系，并借助RStudio中diveRsity包和divMigrateOnline包基于Gst参数估算亚群间的相对迁移水平。
## 研究结果
**总体遗传结构与基因流特征**：基于34个SSR DNA位点的PCR产物分析，裂褶菌样本在PCA空间中呈现广泛的分布，最大贡献率仅为4.78%，表明所应用的微卫星标记套件具有高灵敏度。样本在空间中的相对均匀密度分布提示亚群间基因流无明显障碍。考虑样本来源后，观察到主成分贡献率显著增加。第一主成分（29.5%）将波兰亚群（Pol1、Pol2）与乌克兰西部亚群（Sha、Vor）分离；第二主成分（20.3%）明显区分Olex和Kr_r亚群；第三主成分（15.6%）实现Vor和Kr_r的分离；第四主成分（12.5%）区分Olex和Cher亚群。Kyiv亚群在成分空间中呈中心位置。向Kyiv和Cher亚群的迁移流较高，而西部亚群的迁移流较为适中。
**分子方差分析结果**：AMOVA分析显示，遗传变异的95%存在于亚群内，5%存在于亚群间，表明总体种群存在显著基因流，同时仍有少量亚群特异性变异保留。
**波兰与乌克兰西部亚群的遗传分化**：聚焦第一主成分分离的Pol1、Pol2、Sha和Vor亚群，识别出三个高特征值组分（57.5%、23.5%、19%）。样本在PC空间中的位置与其地理分布高度吻合，PC1轴沿乌克兰和波兰真菌亚群分离，可能反映亚群形成的历史方面。乌克兰和波兰地点之间的遗传物质交换比各自内部更为显著。
**乌克兰中南部亚群的遗传关系**：Olex、Cher和Kr_r三个亚群在两个主成分中分组，贡献方差分别为60%和40%。PC1划分两个极端亚群Olex和Kr_r，Cher居中并由第二成分分离。Olex亚群的基因迁出强度最高，而Cher亚群的迁入值最高；Kr_r至Olex的基因流水平最低。
**水系对遗传结构的影响**：将地理位置与PC坐标结合分析发现，PC1轴几乎与第聂伯河方向重合，尽管距离该河超过60公里。这一观察支持第聂伯河在塑造裂褶菌亚群遗传特征中发挥重要作用的假说，其潜在影响范围可能大于先前预期。
**Mantel检验分析**：总体样本的遗传数据与空间坐标相关性虽低但统计学显著（r=0.1415，p=0.001）。Vor和Olex亚群表现出遗传与地理特征之间持续的高相关性，提示这些种群存在大量特有基因型。Cher与Olex配对的相关性峰值达0.4289。Sha和Kyiv亚群的相关性低或无显著性，表明这些地点存在显著基因流。距离类分析显示400-600公里距离类的平均相关性最高（r=0.2292），Vor-Olex对在435公里处达最大值0.4166。全球相关性较弱可归因于非线性特征：隔离随距离在局部和区域尺度明显，但在更大空间范围被平滑。
**样本关系网络特征**：各亚群形成单一网络的边截止值分别为：Pol1和Pol2均为29%；Sha为29%；Vor为27%；Kyiv为33%；Olex为38%（所有亚群中最高）；Cher和Kr_r均为32%。Pol1与Pol2合并后阈值升至38%，表明各地点的新基因型与邻近地点有遗传亲缘关系。Sha与Vor合并网络的阈值降至32%，表明存在大量来自其他亚群的新基因型输入，其中源自喀尔巴阡山脉Vor亚群的Sc-28和Sc-31菌株贡献了新的基因型变异。Olex亚群的Sc-245样本与其余样本遗传相关性最低，采集于Ros河畔，可能具有"外部"来源。Kr_r亚群的Sc-338样本遗传相关性降低，排除该样本后相似性值跃升至37%；Cher-Kr_r合并网络在36%截止处形成，Sc-338同样为限制因子，推测该样本不起源于Cher亚群。在44%截止处，8个亚群样本形成单一网络，遗传相关性最低的样本为Kyiv的Sc-77、Sc-160和Vor的Sc-31。
**基因流方向与进化关系**：利用各亚群遗传变异中心（center of genetic alteration, CGA）样本建立亚群间的进化联系，在33%截止处（接近各地点平均截止值31%）形成8个CGA样本的网络。Sha和Pol2形成更广泛的关联，分别代表乌克兰最西端和波兰最东端的地点。迁移流分析确认Sha亚群对其他地点遗传特征的重要贡献。
## 讨论与结论
真菌分布受地形、气象因素、孢子环境@Request广东环 environmental条件下的存活能力、动植物存在以及人类活动的影响。研究真菌扩散需综合多种技术方法。本研究综合运用SSR DNA标记与现代统计方法，揭示了裂褶菌在波兰和乌克兰的扩散模式。
水分是真菌扩散最具影响力的因素之一。水环境是真菌扩散的理想介质，因为孢子存活常受干燥和温度骤变的限制；水温变化较空气更为缓慢，且水是有效的紫外线辐射过滤器。各尺度水道作为真菌及其孢子的载体发挥作用：海洋和湖泊提供广阔表面使孢子和真菌碎片通过微流和风移动，河流则沿水流方向持续运输遗传物质。裂褶菌具备多种增强其水体传播的适应性和机制。研究揭示Ros河的流动是Olex亚群（最均质亚群）中出现新基因型Sc-245的原因。Olex、Cher和Kr_r三个亚群的基因流模式显示，乌克兰最大水道第聂伯河直接影响亚群遗传特征的形成，这与此前关于Kyiv亚群的研究结果一致。
空气传播是真菌扩散的另一主动模式。孢子可通过风和高空气流上升至相当高度，森林火灾产生的热空气上升流尤为典型。风况用于推断真菌在不同半球的大气扩散。Vor亚群位于乌克兰喀尔巴阡山脉系统内，频繁的风暴促进偶发性的活跃孢子扩散。微卫星DNA分析显示Vor亚群具有最高的遗传多样性，表明乌克兰喀尔巴阡山脉存在庞大的裂褶菌基因库和可能的高基因流率；Sc-31样本在整个数据集中表现出最低的遗传相关性。
波兰与乌克兰西部四个亚群在空间中的排列与其自然条件下的分布相对应。第一主成分的轴线与喀尔巴阡山脉系统平行（类似于第聂伯河），这支持喀尔巴阡山脉影响真菌种群遗传结构形成的观点。其他作者在乌克兰喀尔巴阡山脉对蜜环菌（Armillaria cepistipes）的研究也支持这一假设，显示两个研究种群间的遗传分化最小。此外，本研究确认SSR DNA标记是分析小空间尺度（约50公里）局部真菌种群遗传结构的最适工具。
**研究结论**：对波兰和乌克兰裂褶菌亚群的综合研究揭示了以下关键特征：样本在主成分空间中的遗传聚类及单一网络的形成（44%）表明整个真菌种群存在大量基因流；AMOVA数据也支持这一点，亚群间遗传变异仅占总变异的5%；Vor（4）和Olex（6）亚群在所考察亚群中最具隔离性，样本遗传数据与其地理位置之间呈现强相关性；Sha（3）和Kyiv（5）亚群表现出强烈的基因流；各亚群内及总体单一网络的形成使研究人员能够识别"移民"样本Sc-77、Sc-160（Kyiv）和Sc-31（Vor），它们位于各自亚群的边缘；所获数据强烈表明，第聂伯河和喀尔巴阡山脉等地理屏障显著影响裂褶菌亚群的遗传结构；识别作为遗传变异中心的样本使研究人员能够确定真菌亚群间的进化联系。裂褶菌极可能从乌克兰西部（亚群4、3）向波兰（亚群1、2）扩散，然后从北部向乌克兰中部扩散。
