论文部分内容阅读
珊瑚与其专性藻类伙伴(隶属虫黄藻属Symbiodinium的甲藻,统称虫黄藻zooxanthellae)的共生关系对珊瑚健康和珊瑚礁生态系统功能具有深远意义。近几十年来,人为引起的全球变暖和海洋酸化对珊瑚礁生态系统造成了多重压力,导致珊瑚白化现象(珊瑚-藻共生关系的破坏)更频繁更严重地发生。共生藻适应性转变被普遍认为是珊瑚应对环境胁迫的一种防御机制。因此,了解虫黄藻的遗传多样性和共生灵活性是预测珊瑚能否适应未来气候变化的关键。目前对虫黄藻的全球多样性和功能有了越来越多的认识,但对中国南海珊瑚共生虫黄藻的分子调查仍很有限,尤其是在大范围的具地理差异海区的广泛采样方面。本论文利用二代高通量测序(next-generation sequencing,NGS)和荧光定量 PCR(qPCR)技术,以虫黄藻rDNA的内部转录间隔区2(internal transcribed spacer,ITS2)和/或核糖体大亚基基因(28S)为遗传标记,对中国东南沿海主要石珊瑚种的共生藻基因型进行了以下三方面研究:1.通过关键词搜索与数据挖掘,整合了 GenBank和若干个专业参考数据库中的虫黄藻ITS2相关序列。根据近ITS2端颈环结构(ITS2-proximalstem)的高度保守基序(motif),剔除了 ITS2侧翼的5.8S与28S末端残基。利用获得的干净ITS2构建了隐马科夫模型(HMM),并用来提取新的ITS2序列。本研究中结合HMM与rRNA二级结构的元数据处理流程有助于从大量注释不当的开放序列中获取干净齐整的虫黄藻ITS2序列,降低原有参考数据库的复杂度与冗余度。本研究基于新的数据集构建的虫黄藻ITS2数据库,为未来明确一致的虫黄藻基因型分类提供了必要的参考依据和标准。2.通过对细胞核内核糖体DNA(nuclearribosomalDNA)中ITS2扩增子序列的高通量测序,研究了中国东南沿海五个珊瑚礁区、13个珊瑚物种的共生藻基因型多样性。结果显示,大部分珊瑚共生藻种群以占绝对优势的支系(clade)C为主,并伴有背景丰度的支系A、D、E、F或G。尽管支系C在跨越较大地理距离的绝大多数珊瑚物种中保持稳定,但亚支系水平的基因型可以更加精细地揭示虫黄藻种群结构,使区域或宿主特异性的区分成为可能。此外,虫黄藻种群的多样性指数以及支系D所占的比例在调查海域的纬度两极(即三亚和东山)较高,在中间海区(大亚湾、涠洲岛)较低,说明支系D可能兼具耐受低温和高温极端环境的能力。3.以含不同主导共生藻支系(C或D)的鹿角杯形珊瑚Pocoillopora damicornis为研究对象,探讨了高温胁迫对其共生藻基因型多样性的影响。发现随着高温胁迫时间的推移,含共生藻支系C的珊瑚比含支系D的更容易发生白化与光化学应激现象,证明D支系虫黄藻具有热耐受性。同时,原来支系C占主导的共生藻种群会向支系D转变,而支系D占主导的虫黄藻种群结构变化不大,仅有某些背景丰度的亚支系发生变化,实时验证了珊瑚存在通过转换内共生虫黄藻适应高温胁迫的机制。本论文整理编译的虫黄藻ITS2序列数据库,将为虫黄藻分子系统学和其他相关研究提供必要的注释指南和数据支持。对虫黄藻在天然珊瑚礁区、以及室内受控培养条件下进行的分子水平种群结构分析,将为探索珊瑚对环境胁迫与生态系统响应的内共生调控机制,以及全球变化背景下珊瑚礁生态系统的保护与修复提供重要的数据参考。