基于标记基因测序和形态计量分析对三种腹毛类纤毛虫的逆向分类学研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:owenzikao
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腹毛类纤毛虫是原生动物纤毛门内特化程度最高的类群,其分布广泛、物种多样性极为丰富,是纤毛虫多样性、分类学研究的热门类群。由于有效的条形码基因研究上的相对滞后,对该类群的种和种内分类学界定仍存在认知不足。本文以3个广义腹毛类纤毛虫复合种,扇形游仆虫(Euplotes vannus)、颗粒尖毛虫(Oxytricha granulifera)和寡毛双眉虫(Diophrys oligothrix)为实验材料,开展核基因3个片段(SSU rRNA、ITS1-5.8S-ITS2、LSU rRNA)和线粒体基因(COⅠ)的测序与分析,同时结合逆向分类学思维,进行形态学特征计量分析和形态再观察,以探究分子与形态证据共同支持的种级分类学界限。研究结果如下:1.扇形游仆虫(Euplotes vannus)对5个E.vannus不同地理种群的研究结果表明:在LSU rRNA基因的D1-D2高变区和COⅠ基因的序列比对中,海南三亚种群同其他种群之间存在较大的遗传差异;特别是在COⅠ基因上,其基因总替换分歧度高达18.7-21%,远高于核基因体现出的差异;且在氨基酸序列比对中存在多个位点的氨基酸差异,即在该位点对应的密码子内发生了碱基的非同义替换。同时,在LSU rRNA基因及COⅠ基因和氨基酸序列构建的分子进化树中,三亚种群均是独立为一枝。对基于每种群25个个体、15个经典分类学性状数据进行的主成分分析和成对检验表明:三亚种群在体宽、口区长、口围带小膜数目、口侧膜长这3个形态学特征上同其他种群间差异极显著。此外,通过形态特征的再观察,发现三亚种群相较其他种群在背触毛处花环状射出胞器数量上显著增多。因此,分子和形态均暗示三亚种群代表了E.vannus内亚种水平的分化。杭州湾种群和宁波种群在ITS1-5.8S-ITS2和COⅠ基因构建的分子进化树上同其他种群分开,且同其他种群在COⅠ基因上的总替换分歧度高达8.2-14.5%;杭州湾种群在COⅠ基因内同其他种群间也存在碱基的非同义替换,但因未找到稳定差异;因此,二者暂时被认定为本种内的隐藏种。2.颗粒尖毛虫(Oxytricha granulifera)5个不同地理区域的O.granulifera种群的研究结果表明:从O.granulifera沙特种群中分离出来的O.atypica nov.spec.,虽在SSU rRNA基因上同O.granulifera的模式标本种群相似度极高,但因其个体发育过程中原基V额外的断裂形成典型的7根口后腹棘毛及在COⅠ基因上同其他种群间存在的稳定差异;因此,被建立为独立的形态种。在SSU rRNA基因和LSU rRNA基因系统树的聚类关系中,西藏种群也表现出同其他种群之间存在差异;对前人提交序列的西藏种群再观察表明:在形态学特征上同模式标本种群、奥地利种群等相比,在每列背触毛列上含有更多的毛基体;同时,ANOSIM分析结果表明:西藏种群在体长、左/右缘棘毛数上同其他种群之间存在显著差异;因而,西藏种群暂定为O.cf.granulifera。武汉东湖种群在口区长、口区占体长的比例较其他种群小,在左缘棘毛和右缘棘毛数目上较其他种群较少。基因序列分析结果表明:武汉东湖种群在核基因、COⅠ基因以及氨基酸序列构建的分子进化树上,均表现出了同其他种群之间存在遗传差异;因此,武汉东湖种群很可能是O.granulifera内的一个亚种。武汉植物园种群在SSU rRNA基因序列的V4区同模式标本种群存在较多的核苷酸差异,且由SSU rRNA基因序列构建的分子进化树也表明:该种群同其他种群间存在遗传差异;因此,武汉植物园种群很可能是一个隐藏种。3.寡毛双眉虫(Diophrys oligothrix)4个来自不同地理区域的D.oligothrix种群,在3个核基因、COⅠ基因以及其氨基酸序列所构建的分子进化树上均不是一个单系。同时,中国渔村种群同其他种群在ITS2区、LSU rRNA基因的D1-D2区、COⅠ基因序列对比中,核苷酸差异较大;在活体长、口区长、第2列和第3列背触毛基体数上同其他种群间存在显著差异;因此,中国渔村种群很可能是本种内的一个亚种。综上,我们首次综合多种标记基因测序和形态学计量方法,开展了广义腹毛类纤毛虫的种级分类学研究。结果表明:(1)传统形态分类定义下的种可能普遍存在遗传分化、甚至形态上的稳定差异;(2)核基因的高变区(ITS2区、LSU rRNA基因的D1-D2区)以及COⅠ基因在探究腹毛类纤毛虫存疑物种的分类上效果较好;(3)基于条形码基因分析产生的线索,利用逆向分类学研究的思维方式去开展对形态学再观察与形态计量分析,有望找到进一步区分复合种的“新”形态特征。本研究为纤毛虫系统分类学提供了一批基于精细形态的分子素材,也为种及种下分类学实践提供了参考案例。
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