一、遺傳與變異

　　雙孢蘑菇遺傳學(xué)是研究其遺傳與變異的現(xiàn)象、本質(zhì)和規(guī)律的科學(xué)。和其他生物一樣，雙孢蘑菇也具有遺傳性和變異性，通俗地講遺傳是指上一代個(gè)體性狀傳給下一代，使下一代與上一代間的性狀保持相似性。遺傳學(xué)上指的是物種的遺傳物質(zhì)從上一代傳遞給下一代的現(xiàn)象。生物的遺傳性是相對(duì)穩(wěn)定的，從而保證了生命在世代間的連續(xù)，比如蘑菇種出來的還是蘑菇，香菇種出來還是香菇。但遺傳并不意味著親代與子代間的性狀完全相似，同一親本的子代之間或與親代之間或多或少還有某種不相似之處，這就叫變異。遺傳和變異是對(duì)立統(tǒng)一的兩方面，遺傳中有變異，變異中有遺傳。短期看來是遺傳的性狀，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看又會(huì)發(fā)生變異。

　　從物種的角度來看，蘑菇的遺傳是穩(wěn)定的，不容易發(fā)生變異，但蘑菇的個(gè)別性狀卻會(huì)發(fā)生變異。變異又區(qū)分為可遺傳的變異和不可遺傳的變異?？蛇z傳的變異是指外界因子如栽培條件相同而遺傳物質(zhì)改變所引起的某些性狀發(fā)生改變，這種改變了的性狀是可以遺傳的。雙孢蘑菇栽培菌株的祖先是野生雙孢蘑菇，這種野生種是棕色的而不是白色的(Jahn，1949)，后來分化出淺棕色和奶油色的變種。1927年在栽培奶油色蘑菇的菇床上出了一叢純白色、菌蓋光滑的蘑菇，現(xiàn)在世界各國(guó)栽培的白色雙孢蘑菇都是由這種偶然發(fā)生的蘑菇繁殖出來的(Kligman，1950)。 Lambert(1938)也報(bào)道，"雪白(Snown White)"蘑菇品系就是在白色蘑菇品種中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)突變菌株?？刂齐p孢蘑菇色素的基因所發(fā)生的突變就遺傳下來了。近年，美國(guó)Amycel公司通過分析建立的近等位基因系還找到了一個(gè)與雙孢蘑菇子實(shí)體顏色性狀強(qiáng)度連鎖的RAPD標(biāo)記(Lottus等，1995)。不可遺傳的變異則指的是基因相同，而外界因子如栽培條件不同引起某些相應(yīng)性狀發(fā)生改變。不可遺傳的變異也稱表現(xiàn)型或變化，這種變異僅限于本代表現(xiàn)，僅影響個(gè)體發(fā)育，而沒有影響遺傳物質(zhì)，所以不能遺傳給子代。比如雙孢蘑菇菌絲在培養(yǎng)料生長(zhǎng)后，不給予覆土，是不會(huì)結(jié)菇的，蓋上適當(dāng)尺寸的覆土，菌絲才能發(fā)生紐結(jié)，進(jìn)而形成子實(shí)體。

　　遺傳變異和所需變異的穩(wěn)定與遺傳是雙孢蘑菇的品種改良的基礎(chǔ)。這種變異的來源，有自然發(fā)生的突變，如上述子實(shí)體顏色基因突變，不同品系的同核體菌絲間發(fā)生天然雜交也將產(chǎn)生變異，但由于雙孢蘑菇的有性生殖屬于次級(jí)同宗配合類型，其遺傳保守性使得雙孢蘑菇天然發(fā)生雜交的機(jī)率非常之小。因此變異的另一來源，人為制造突變或重組來打破蘑菇的遺傳保守性，是改良蘑菇品種的關(guān)鍵。那么，雙孢蘑菇天然生殖體系發(fā)生遺傳變異的潛力多大？規(guī)律如何？Royse等(1982)， 王澤生(1984)用同工酶電泳的方法分別分析了美國(guó)賓州大學(xué)PSUMCC和中國(guó)福建省蘑菇菌種研究推廣站(FMS)保藏的蘑菇種質(zhì)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存菌株中的遺傳相似系數(shù)高達(dá)75%以上，Summerbell等(1989)用RFLP技術(shù)，曾偉等(1997)用RAPD技術(shù)分析蘑菇菌株也得出類似結(jié)論，即雙孢蘑菇種質(zhì)中現(xiàn)存的變異非常之少，產(chǎn)生變異的能力差，導(dǎo)致雙孢蘑菇商業(yè)性生產(chǎn)近似純種栽培的局面。1989年，王澤生等還應(yīng)用6 種同工酶標(biāo)記檢測(cè)了FMS保存的雙孢蘑菇三種典型栽培菌株高產(chǎn)菌株(H)、優(yōu)質(zhì)菌株(G)、中間型菌株(HG)的有性子代──單孢子分離物的同工酶電泳表型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)既有親本類型又有變異類型，但基本局限在H，G，HG和S(不育)四大類型中。 變異發(fā)生的方向和程度主要受菌株遺傳特性的影響，也受菌株生理狀態(tài)或所處環(huán)境條件的影響。變異的趨勢(shì)是H→HG→G。伴隨著同工酶表型的變異，變異株的生長(zhǎng)類型、栽培性狀及子實(shí)體質(zhì)量也發(fā)生了變化。王澤生等推定產(chǎn)生H、G和HG三種自體可育的變異株是調(diào)節(jié)基因變異所致，產(chǎn)生S型自體不育分離株是核的分離或性因子分離所致， 并假設(shè)了雙孢蘑菇天然生殖體系遺傳變異的酯酶模型。

二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)

(一)、遺傳物質(zhì)

　　雙孢蘑菇遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是脫氧核糖核酸，簡(jiǎn)稱DNA。

1.DNA的組成 DNA的分子量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但構(gòu)成這種大分子的基本單體并不復(fù)雜，乃是核苷酸。核苷酸由三部分組成：一個(gè)磷酸分子，一個(gè)脫氧核糖，一個(gè)堿基。堿基與脫氧核糖構(gòu)成核苷，核苷與磷酸構(gòu)成核苷酸。堿基有四種，即腺嘌呤(6- 氨基嘌呤，用A表示)、鳥嘌呤(6-酮基嘌呤，用G表示)、胸腺嘧啶(6-酮基嘧啶，用T 表示)、胞嘧啶(6-氨基嘧啶，用C表示)。這四種堿基就構(gòu)成了四種核苷酸分子，即脫氧腺苷酸，脫氧鳥苷酸，脫氧胸苷酸和脫氧胞苷酸。

2.DNA的結(jié)構(gòu) DNA是由兩條單鏈多核苷酸鏈在空間以右手旋轉(zhuǎn)的方式圍繞同一根主軸而形成雙螺旋的梯子形式。核苷酸分子中的磷酸和脫氧核糖構(gòu)成DNA 分子的雙鏈的骨架，而雙鏈間靠核苷酸分子中的堿基與堿基之間的氫鍵互相連結(jié)起來。DNA 分子結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn):

(1)DNA的兩條多核苷酸鏈的相對(duì)位置上的堿基有嚴(yán)格配對(duì)關(guān)系。一條單鏈上的嘌呤必須和另一單鏈上的嘧啶相配對(duì):一個(gè)6位上是氨基的嘌呤必須和6 位上是酮基的嘧啶相配對(duì)，而另一個(gè)6位上是酮基的嘌呤必須和6位上是氨基的嘧啶相配對(duì)。因此，DNA分子的兩條多核苷酸鏈的相對(duì)位置上的堿基總是以A-T，C-G 為配對(duì)形式結(jié)合成對(duì)。

(2)DNA中四種堿基的排列不是單調(diào)的重復(fù)。同時(shí)，各種生物的DNA 中的四種堿基有一定含量之比，而比值相同的生物的DNA中堿基還可在排列順序上發(fā)生變化。 正是DNA結(jié)構(gòu)變化方式的無窮無盡， 形式了地球上豐富多彩的生物體和生物體的各種不同性狀。

3.DNA復(fù)制 由于DNA具有獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，決定了它的生物合成方式的獨(dú)特性。過程是:首先是DNA中的兩條母鏈解開，然后以每一條母鏈作為模板，按照堿基配對(duì)規(guī)律，經(jīng)聚合酶作用，合成一條新的多核苷酸子鏈。一條子鏈與一條母鏈相結(jié)合，便形成了一個(gè)彼此互補(bǔ)的雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA。每經(jīng)這一過程，可得到兩個(gè)和起始DNA完全相同的新的DNA。這種復(fù)制稱為"半保留式自我復(fù)制"，是生物遺傳的核心， 保證了生物遺傳的穩(wěn)定性。在DNA復(fù)制過程中， 如受外界環(huán)境和生物體內(nèi)部某種條件的影響，就有可能引起分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以后DNA 就會(huì)按照改變了的結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)制，從而導(dǎo)致遺傳的變異。

(二)、遺傳物質(zhì)的存在形式

　　幾乎全部的DNA物質(zhì)都存在于細(xì)胞核中， 并與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起形成染色體。每種食用菌具有自己特定數(shù)目的染色體，雙孢蘑菇有13條。染色體又被核膜所包裹。

　　一條染色體只含一條DNA雙螺旋分子。 如果一條染色體已分裂為兩條染色單體，則每條單體含有一條DNA雙螺旋。DNA雙螺旋在染色體中呈高度盤曲纏繞的狀態(tài)存在。DNA分子很長(zhǎng)，這種很長(zhǎng)的DNA由許多區(qū)段組成，一個(gè)區(qū)段，在遺傳學(xué)上稱為一個(gè) "基因"?；蚴蔷哂凶晕覐?fù)制能力的遺傳功能單位， 能專一決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，從而決定某種酶或蛋白質(zhì)的合成，并通過生理生化過程控制生物的性狀。

(三)、遺傳物質(zhì)的表達(dá)與傳遞

　　基因決定性狀，但不能直接表達(dá)出生物體的各種性狀，而是通過“遺傳密碼”控制合成不同的蛋白質(zhì)來表現(xiàn)。遺傳密碼是DNA鏈上的特定核苷酸排列順序， 每個(gè)密碼由三個(gè)核苷酸順序所決定，構(gòu)成三聯(lián)密碼子，它是負(fù)載遺傳信息的基本單位。

　　蛋白質(zhì)也是生物大分子物質(zhì)，是生命活動(dòng)的主要體現(xiàn)者，構(gòu)成蛋白質(zhì)的單體是氨基酸。在各種蛋白質(zhì)分子里一共有２０種不同的氨基酸。這些氨基酸以一定的順序排列，通過它們的氨基(-NH2)和羧基(-COOH)相互縮合連接成鏈狀結(jié)構(gòu)， 稱為肽鏈。一個(gè)蛋白質(zhì)分子可以含有一條或幾條肽鏈。生物體內(nèi)的各種蛋白質(zhì)分子中的氨基酸的排列順序都是由DNA分子內(nèi)堿基排列順序(即密碼子)所決定。 即蛋白質(zhì)是按照DNA分子結(jié)構(gòu)上的遺傳信息來合成的。

　　遺傳物質(zhì)DNA怎樣將遺傳信息表達(dá)、傳遞和表現(xiàn)的呢？Crick提出的"中心法則"告訴我們:DNA分子不是決定蛋白質(zhì)中氨基酸順序的直接模板，而是DNA 的遺傳信息傳到另一類的分子上，這類分子再作為蛋白質(zhì)的模板(中間模板)。這個(gè)中間模板是RNA。它的結(jié)構(gòu)在化學(xué)上與DNA極為相似，主要的區(qū)別是:RNA 的五碳糖是核糖， 而DNA里的五碳糖是脫氧核糖;在RNA里是以尿嘧啶(U)代替胸腺嘧啶(T);DNA 是雙鏈，呈螺施形，而RNA是單鏈，線狀，沒有分枝。

中心法則總結(jié)了DNA，RNA和蛋白質(zhì)合成的相互關(guān)系。歸納起來分為轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯兩個(gè)過程。

1.轉(zhuǎn)錄　DNA存在于細(xì)胞核，蛋白質(zhì)合成則在細(xì)胞質(zhì)。所以，以DNA 為模板， 根據(jù)DNA分子中的堿基順序按照G對(duì)C，A對(duì)U(尿嘧啶)的配對(duì)規(guī)律轉(zhuǎn)錄(合成)為mRNA(又稱信使RNA)。mRNA堿基順序是DNA翻版，轉(zhuǎn)錄過程在細(xì)胞核里進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄過程分四步:

(1)識(shí)別 δ因子與核心酶(E)結(jié)合，形成RNA聚合酶，在DNA上找到基因起始點(diǎn)后把DNA分子雙鏈打開;

(2)啟動(dòng) 在RNA聚合酶催化下，以解開的DNA一條鏈為模板， 按堿基互補(bǔ)形式形成RNA鏈;

(3)延長(zhǎng) 轉(zhuǎn)錄一開始，δ因子脫落，核心酶以每秒20-30個(gè)核苷酸的速度沿著 RNA鏈滑行，使RNA鏈不斷延長(zhǎng);

(4)終止 當(dāng)核心酶滑到DNA終止位點(diǎn)時(shí)，與終止因子ρ結(jié)合，轉(zhuǎn)錄停止。新形成的RNA，核心酶，ρ因子等脫落，一條轉(zhuǎn)錄于DNA的mRNA形成。

2.轉(zhuǎn)譯 也就是蛋白質(zhì)合成的具體過程，在細(xì)胞質(zhì)里的核糖體(細(xì)胞器的一種， 功能是組裝蛋白質(zhì)，由50S亞基和30S亞基組成)上進(jìn)行。經(jīng)轉(zhuǎn)錄而來的mRNA分子， 穿過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，將遺傳密碼(mRNA上每三個(gè)核苷酸稱為一個(gè)密碼子， 一個(gè)密碼子決定一種氨基酸)中的信息具體翻譯成蛋白質(zhì)中各種氨基酸的排列順序。 在這個(gè)過程中，不同種的氨基酸是通過轉(zhuǎn)接器tRNA(轉(zhuǎn)移核糖核酸)按照mRNA上堿基排列順序選擇連接。每一種氨基酸均有其相應(yīng)的tRNA，能識(shí)別模板mRNA中的密碼子和細(xì)胞質(zhì)中的相應(yīng)的氨基酸。

轉(zhuǎn)譯的具體過程如下:核糖體小亞基(30S)和mRNA結(jié)合，并找到起讀密碼AUG;專一tRNA帶著和AUG相應(yīng)的甲酰甲硫氨酸和mRNA上密碼相對(duì)應(yīng)的tRNA 帶著相應(yīng)的氨基酸又進(jìn)入A位;P位上的氨基酸由于酶的作用，與A位上的氨基酸連在一起形成二肽;P位上的tRNA失去氨基酸后，自動(dòng)脫離P位;核糖體移動(dòng)，原在A位的tRNA 及氨基酸進(jìn)入P位，使A位空出，又露出新的密碼，再由與 mRNA 上密碼相對(duì)應(yīng)的帶有氨基酸的tRNA進(jìn)入……，循環(huán)往復(fù)直到終止密碼.轉(zhuǎn)譯結(jié)束，核糖體，mRNA 和合成的蛋白質(zhì)全部解離。

這樣，由于DNA中的核苷酸排列順序決定了mRNA中核苷酸排列順序，而mRNA 中的核苷酸排列順序又決定了氨基酸在蛋白質(zhì)中的排列順序。因此，蛋白質(zhì)中氨基酸組成和排列順序由DNA中遺傳密碼決定。

(四)遺傳物質(zhì)與遺傳性狀之間的關(guān)系

　　生物各種遺傳性狀，個(gè)體形態(tài)變化，都由蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（包括酶）來體現(xiàn)的。故有一定結(jié)構(gòu)的DNA，便有一定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，也就有一定的遺傳性狀。 遺傳學(xué)上講的個(gè)體的相似性，就是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的相似性。凡DNA 分子中核苷酸排列順序或結(jié)構(gòu)的任何改變，或遺傳信息在轉(zhuǎn)錄、翻譯過程中的任何差錯(cuò)（誘變育種的根據(jù)），或染色體搭配變化或部分染色體交換（雜交育種的根據(jù)）都會(huì)引起生物發(fā)生變異。