图1  文章发表信息

香菇（Lentinula edodes）是最受欢迎的栽培蘑菇之一，富含多种营养成分和药用特性，具有较高的营养和经济价值。在香菇绝大部分的生命周期中，单个菌丝细胞中含有两个单倍体细胞核，共享一套细胞质体系，且不进行核融合；仅在生成孢子时担子中的两个细胞核发生融合及减数分裂过程，随后形成单倍体的孢子；并且在香菇中只有双核体菌丝才能扭结形成原基并发育成子实体。基于此，构建香菇不同交配型单核体的高质量参考基因组，阐明双核间的遗传差异，有助于深入理解香菇两个核间的相互作用及其重要性。

材料：香菇栽培种（JZB2102217），两个单核菌株分别命名为SP3和SP30

测序策略：HiFi+Hi-C+Illumina

1.香菇单核基因组的组装与注释

通过HiFi测序和Hi-C辅助组装，研究者构建了高质量的香菇单倍型的染色体水平基因组，其中SP3组装的基因组大小为50.83Mb，contig N50=3.4Mb，并将99.63%的序列锚定到10条染色体上；SP30组装的基因组大小为49.80Mb，contig N50=2.64Mb，并将98.91%的序列锚定到10条染色体上，BUSCO评估基因组完整性分别为96.4%和96.2%。通过注释，SP3基因组中重复序列占比31.35%，编码蛋白基因为11455，非编码RNA占比为1.25%；SP30基因组中重复序列占比31.28%，编码蛋白基因为11245，非编码RNA占比为1.56%。

图2  香菇单核SP3和SP30的基因组特征

2.香菇单核基因组间的共线性分析

研究者从NCBI上下载了L808、NBRC111202、B17、W1-26四个香菇基因组信息，结合SP3和SP30，深入探讨了6个株系间的共线性。结果表明，SP3、SP30与L808菌株间的共线性最好，这与其较近的亲缘关系相一致。六个香菇基因组共线性基因为4663个，GO分析显示这些基因主要富集在与细胞成分相关的通路中，KEGG分析显示这些基因主要富集在与基础代谢相关的通路中。此外，每个香菇特异性基因也被鉴定了，其中W1-26特有基因最少（488），NBRC111202和B17特有基因最多（超过3000），其余株系香菇特有基因在1000个左右。

图3  不同香菇株系间的共线性分析

3.香菇单核SP3和SP30的基因组比较分析

研究者深入比较了SP3和SP30基因组，发现两者间存在大段的染色体重排，且同源染色体间的长度差异也较大。这些重排区域包含大量重排基因，研究者对这些重排基因进行了基因功能富集分析。结果表明，SP30重排基因的CAZymes数量远远高于菌株SP3，SP3重排基因在反转录转座子、核衣壳、核成分和细胞内核糖核蛋白复合物中特别富集，而SP30重排基因在焦磷酸酶活性、核苷-三磷酸酶活性和解旋酶活性方面特别富集；KEGG分析表明，SP3重排基因在嘧啶代谢、嘌呤代谢、内质网途径的蛋白质加工、长寿调节和谷胱甘肽代谢方面得到显著富集，SP30重排基因在泛素介导的蛋白水解、淀粉和蔗糖代谢、MAPK信号通路、不饱和脂肪酸的生物合成、磷脂酰肌醇信号系统、脂肪酸代谢和ABC转运体等方面显著富集。此外，研究者还在SP3中鉴定到333个特有基因，主要分布在9号染色体上，SP30中鉴定到366个特有基因，主要分布在1、2、3号染色体上。

图4 SP3和SP30重排基因的功能富集分析

最后，研究者对SP3和SP30基因组中的两个非连锁交配型位点A（matA）和B（matB）进行了定位研究，发现SP3和SP30中matA的距离和基因结构方面存在差异，而两者间的matB在数量和位置上存在差异。

此研究基于HiFi测序和Hi-C辅助组装，构建了迄今最完整的香菇单倍型基因组。在此基础上，比较了香菇单倍型基因组与其它株系的共线性，鉴定到了不同香菇株系间的共有和特有基因，并发现共有基因主要富集在基础代谢和细胞成分相关的通路中。此外，深入的共线性分析揭示了SP3和SP30基因组间的染色体重排以及重排基因的功能差异，从而揭示了两者间的遗传差异。总之，此研究为后续香菇不同品种间遗传差异、子代基因组重组等研究提供了新见解。