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，長遠來看又會發(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，但蘑菇的個別性狀卻會發(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Amycel公司通過分析建立的近等位基因系還找到了一個與雙孢蘑菇子實體顏色性狀強度連鎖的RAPD標記(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)料生長后，不給予覆土，是不會結(jié)菇的，蓋上適當尺寸的覆土，菌絲才能發(fā)生紐結(jié)，進而形成子實體。

　　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賓州大學(xué)PSUMCC和中國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 種同工酶標記檢測了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。變異的趨勢是H→HG→G。伴隨著同工酶表型的變異，變異株的生長類型、栽培性狀及子實體質(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：一個磷酸分子，一個脫氧核糖，一個堿基。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:

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

(2)DNA中四種堿基的排列不是單調(diào)的重復(fù)。同時，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具有獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，決定了它的生物合成方式的獨特性。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，便形成了一個彼此互補的雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA。每經(jīng)這一過程，可得到兩個和起始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 就會按照改變了的結(jié)構(gòu)進行復(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，這種很長的DNA由許多區(qū)段組成，一個區(qū)段，在遺傳學(xué)上稱為一個 "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)的表達與傳遞

　　基因決定性狀，但不能直接表達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， 每個密碼由三個核苷酸順序所決定，構(gòu)成三聯(lián)密碼子，它是負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、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)譯兩個過程。

1.轉(zhuǎn)錄　DNA存在于細胞核，蛋白質(zhì)合成則在細胞質(zhì)。所以，以DNA 為模板， 根據(jù)DNA分子中的堿基順序按照G對C，A對U(尿嘧啶)的配對規(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)錄過程在細胞核里進行。轉(zhuǎn)錄過程分四步:

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

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

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

(4)終止 當核心酶滑到DNA終止位點時，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，在細胞質(zhì)里的核糖體(細胞器的一種， 功能是組裝蛋白質(zhì)，由50S亞基和30S亞基組成)上進行。經(jīng)轉(zhuǎn)錄而來的mRNA分子， 穿過核孔進入細胞質(zhì)，將遺傳密碼(mRNA上每三個核苷酸稱為一個密碼子， 一個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，能識別模板mRNA中的密碼子和細胞質(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上密碼相對應(yīng)的tRNA 帶著相應(yīng)的氨基酸又進入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，自動脫離P位;核糖體移動，原在A位的tRNA 及氨基酸進入P位，使A位空出，又露出新的密碼，再由與 mRNA 上密碼相對應(yīng)的帶有氨基酸的tRNA進入……，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（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)）都會引起生物發(fā)生變異。