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利用DNA条形码与形态相结合的方法对亚历山大塔玛复合种和夜光藻的内共生绿藻进行系统分类学研究

【摘要】:DNA条形码(DNAbarcode)是指在生物体内能够代表该物种的、标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段。自2003年Hebert提出条形码概念后,此技术在动物和植物界取得了巨大进展,仅COI基因就已拥有10万多条序列的相关信息。海洋生态系统的生物多样性远比陆地或淡水中都要高,尤其是隐存种的存在较为普遍,DNA条形码技术可以有效地检测和评估海洋生物的物种多样性。相对于海洋鱼类和无脊椎动物的研究,海洋藻类的条形码研究较为复杂,至今尚未发现类似于动物COI序列那样单一高效且适用于所有藻类的条形码基因。因此,目前藻类条形码的研究仍集中在针对不同类群的条形码评测上,对物种的准确鉴定需要2-3个该类群较为适用的条形码基因相互比较和辅助。本研究使用了 DNA条形码技术,结合形态学数据,对与海洋有害赤潮相关的两种藻类:(1)甲藻中的亚历山大塔玛复合种(Alexandriumtamarense species complex,Atama complex);(2)夜光藻(Noctilucascintillaans)体内的共生绿藻PedinnmonasctilucaeSweeney;分别进行了不同条形码基因的比较与评估,并通过系统进化分析对它们进行了准确的鉴定,重新归类与命名。甲藻亚历山大藻是典型的有害赤潮藻类,由于缺乏有效的诊断性形态特征,此类群在物种的分类鉴定上常遇到问题,尤其是由三个传统形态种(A.catenella,A.tamarense和A.fundyense)组成的亚历山大塔玛复合种,至今没有准确地系统分类结论。此研究中我们利用已研究的LSU和SSU为分类框架,选取了全球不同地理位置包括中国沿海的、代表三个形态种的27个株系,检测了 ITS区作为塔玛复合种条形码基因的有效性。同时对ITS、SSU和LSU中存在的多态性以及多态性对划分不同生物类群的干扰性进行了评估。结果主要包括:(1)ITS与SSU和LSU的进化结果一致,将塔玛复合种分成了五个簇;(2)ITS片段长度适中(510-520 bp),扩增和测序效率极高,进化树中簇内与簇间的遗传差异明显,适合作为区分塔玛复合种的条形码基因;(3)此类群中普遍存在的基因组内多态性并不会影响塔玛复合种的分类鉴定;(4)根据进化意义上的物种划分概念,这五个不同簇应分别定义为五个不同物种。阿拉伯北部海域近十年来的严重夜光藻赤潮,引起了当地极大的生态学危害。共生于大型夜光藻中的绿色鞭毛藻P.noctiluca 能在低氧环境下高效地光合固碳,被认为是引起赤潮的主要原因。然而,此共生藻的系统分类仅局限于形态学依据,且被研究者认为存在问题。本研究采用了 18SrDNA,rbcL和16S rDNA作为DNA条形码,结合先前报道的形态学特征,对其进行了系统分类学上的重新定位。三个基因的进化分析结果一致显示P.与Pedinomonas中的典型种在进化关系上相距甚远,作为一个独立的属被归类到另一个目Marsupiomonadales中。考虑到P.noctilucae的形态特征、进化结果、生态习性和国际物种命名的优先性原则,我们恢复了原始的属名,将其重新定名为Protoeuglena noctilucae。本研究首次全面系统地评估了 ITS作为DNA条形码在塔玛复合种中的应用,解决了存在几十年的亚历山大塔玛复合种的鉴定难题,将原来的3个形态种重新组合划分为5个种,并深入研究了基因多态性对物种分类鉴定所产生的影响,为进一步准确研究相关藻华形成和毒素产生机制铲除了分类上的严重障碍。另外,本研究首次提供了共生于夜光藻体内的绿藻P.noctilucae的分子数据,将其在目的级别上重新划分并定名,为之后对此共生藻在生理和转录组方面的研究铺平了道路。

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