jModelTest
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多基因联合建树多基因联合建树是一种常用的分子进化分析方法,它可以通过多个基因序列的比较来推断物种间的进化关系。
在本文中,我们将详细介绍多基因联合建树的原理、方法、应用和优缺点。
一、多基因联合建树的原理1. 分子进化和系统发育分子进化是指生物体内遗传物质(如DNA或蛋白质)随时间发生的变化。
这些变化可以反映出不同物种之间的亲缘关系,也就是系统发育。
系统发育是指生物体之间历史上的演化关系,包括亲缘关系、分类级别和演化时间等。
2. 多序列比对为了研究不同物种之间的演化关系,需要对它们的基因序列进行比较。
多序列比对是指将两个或以上的序列进行比较,并寻找它们之间相同和不同的部分。
这些相同和不同部分可以用来推断这些序列之间的亲缘关系。
3. 基于距离矩阵法建树距离矩阵法是一种常用于构建系统发育树(phylogenetic tree)的方法。
它首先计算不同序列之间的距离,然后将这些距离转化为一个矩阵。
接着,通过不同的算法(如UPGMA、NJ等)将这个矩阵转化为一棵系统发育树。
4. 多基因联合建树多基因联合建树是指将多个基因序列进行比对,并将它们的比对结果合并起来进行系统发育分析。
这种方法可以提高系统发育分析的准确性和可靠性。
二、多基因联合建树的方法1. 数据获取和处理多基因联合建树需要大量的数据支持,包括不同物种的基因序列、相应的注释信息和分类信息等。
这些数据可以从公共数据库(如NCBI、Ensembl)中获取,并通过一系列数据处理步骤(如序列清洗、去冗余、去污染等)进行预处理。
2. 序列比对和质量评估序列比对是多基因联合建树中最关键的步骤之一。
它可以通过不同的软件(如ClustalW、MUSCLE、MAFFT等)进行。
在比对过程中,需要考虑到序列长度、相似度和缺失情况等问题,并进行相应的质量评估。
3. 构建进化模型和计算距离矩阵在多基因联合建树中,需要选择适当的进化模型来描述不同基因序列之间的进化关系。
这些模型可以通过软件(如ModelTest、jModelTest等)进行选择,并用于计算距离矩阵。
doi: 10.7541/2021.2019.235萨梅诺娃新佩雷斯虫中国新记录刘新华1, 2翁美其2, 3宋 锐5赵媛莉2, 3章晋勇2, 3, 4*肖调义1*(1. 湖南农业大学动物科学技术学院, 长沙 410128; 2. 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 农业农村部淡水养殖病害防治重点实验室, 淮安研究中心, 武汉 430072; 3. 中国科学院大学, 北京 100049; 4. 青岛农业大学海洋科学与工程学院, 青岛 266109; 5. 湖南省水产科学研究所, 长沙 410153)摘要: 研究报道了中国首例摇蚊微孢子虫, 结合各发育阶段形态特征、生态学特征及分子特征, 鉴定其为萨梅诺娃新佩雷斯虫Neoperezia semenovaiae Issi, et al . 2012, 系我国新记录。
萨梅诺娃新佩雷斯虫寄生于羽摇蚊幼虫脂肪体组织, 导致其体表呈白浊状。
成熟孢子呈卵圆形, 孢子长(5.7±0.2) μm (5.3—6.3 μm), 宽(3.7±0.1) μm (3.4—4.0 μm)。
透射电镜观察显示各发育阶段均为离核, 发育不同步, 与宿主细胞质直接接触。
早期发育阶段为高电子密度的多核裂殖体阶段, 经原生质团分裂形成单核或多核产孢体, 进一步发育为单核孢子母细胞。
孢子母细胞形状不规则, 周围被内质网环绕, 并逐渐形成微孢子虫的典型结构如极丝、极质体和三层孢壁等。
成熟孢子卵圆形, 离核, 细胞核较大, 位于孢子正中央, 被大量核糖体包围。
极质体分为两部分, 前半部分为海绵状, 后半部分薄膜状。
锚状盘位于孢子前端, 呈蘑菇状。
孢壁三层, 外层为高电子密度层, 厚26.5—62.7 nm, 中间层为电子透明层, 厚151.8—236.1 nm, 里层为质膜层。
同型极丝, 30—31圈, 分2—3列排列。
扩增获得其小核糖体序列为1356 bp, 序列比较发现其与俄罗斯列宁格勒区羽摇蚊的N. semenovaiae 相似性为99.1%。
第40卷㊀第2期应用海洋学学报Vol 40,No 2㊀2021年5月JournalofAppliedOceanographyMay,2021中国沿海贪食共生藻的形态㊁超微结构和分子特征张㊀薇1,罗肇河1,高㊀越2,顾海峰1∗㊀收稿日期:2019⁃10⁃24㊀基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2019J05150);国家自然科学基金资助项目(41676117)㊀作者简介:张薇(1993 ),女,硕士研究生;E⁃mail:zhangwei@tio.org.cn∗通讯作者:顾海峰(1971 ),男,博士,研究员;E⁃mail:guhaifeng@tio.org.cn(1.自然资源部第三海洋研究所,福建厦门361005;2.厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室,福建厦门361005)摘要:共生藻属(Symbiodinium)主要指一类与无脊椎动物或原生生物共生的甲藻,是热带和亚热带海洋生态系统常见物种㊂本研究从中国沿海和一艘停靠在厦门港的货轮压舱水中分离出了4株贪食共生藻(Symbiodiniumvoratum)㊂贪食共生藻运动细胞较小(长9.7ʃ1.3μm,宽8.7ʃ0.9μm),能够产生不动细胞(直径11.4ʃ0.3μm)和二分裂细胞(直径12.2ʃ0.6μm)㊂扫描电子显微镜下运动细胞顶部有一个单线长甲板型顶沟复合体(ElongateApicalVesicle,EAV),其甲板方程式为x,EAV,4ᶄ⁃5ᶄ,5a⁃6a,9ᶄᶄ,?s,?c,6ᶄᶄᶄ,2ᶄᶄᶄᶄ㊂透射电子显微镜显示其具有E型眼点㊁单茎的大淀粉核㊁扁平囊泡组成的高尔基体和三层膜组成的叶绿体类囊体㊂4株贪食共生藻的核糖体基因(SSUrDNA,ITS和LSUrDNA)㊁cp23S和cob序列完全一致㊂利用最大释然法和贝叶斯方法构建的基于LSUrDNA序列的系统发育树显示:中国沿海和世界其他地方的贪食共生藻很好的聚类在一起,共同组成系群E㊂中国株系和其他地方贪食共生藻的遗传分化很小,显示它们之间有频繁的基因交流㊂关键词:海洋生物学;甲藻;贪食共生藻;形态分类;分子特征DOI:10.3969/J.ISSN.2095⁃4972.2021.02.002中图分类号:P735文献标识码:A文章编号:2095⁃4972(2021)02⁃0189⁃11㊀㊀共生藻属(Symbiodinium)主要指一类与无脊椎动物或原生生物共生的甲藻,是热带和亚热带海洋生态系统常见物种[1⁃2]㊂其中最常见的是与珊瑚共生的种类,与珊瑚的共生关系是维持珊瑚存活和生长的关键,因此得以被广泛而深入的研究[3⁃4]㊂Freudenthal(1962)首次描述了共生藻属,并且认为所有共生的甲藻都是微小亚德里共生藻(Symbiodin⁃iummicroadriaticum)[5],但是后来的研究表明甲藻许多物种的生活史都涉及共生阶段,例如:前沟藻属(Amphidinium)㊁原甲藻属(Prorocentrum)㊁梨甲藻属(Pyrocystis)㊁斯克里普藻属(Scrippsiella)㊁黏球藻属(Gloeodinium)和单沟藻属(Pelagodinium)的部分物种[6⁃9]㊂共生藻属最早因为其生活史共生阶段的细胞呈球形被划分到共生藻科[10],后来Moestrup等(2009)依据其模式种微小亚德里共生藻和最近报道的自在共生藻(Symbiodiniumnatans)具有E型眼点(TypeEsensuMoestrup&Daugbjerg,2007:由一系列砖墙状排列具有膜结构的水晶泡组成且位于叶绿体体外部)和单线长甲板型顶沟复合体(ElongateApicalVesicle,EAV)建议将其划归到修斯藻科[11]㊂由于大部分共生藻属物种不易体外培养或者因为与无脊椎动物或原生生物长期共生使得其本身形态特征并不显著或者容易变形,很难运用传统的形态学来定义和描述它们[12⁃14]㊂基于核糖体大亚基(LargeSubunitRibosomalDNA,LSUrDNA)和叶绿体核糖体(ChloroplastRibosomalDNA,cp23S)序列的系统发育研究形成了普遍认可的以系群(Clade)为阶元的共生藻属进化遗传学分类系统[12,15⁃16]㊂共生藻属目前包含A-I共9个系群,每个系群基于转录间隔区(InternalTranscribedSpacer,ITS)系统发育又可细分为多个亚系群[17]㊂LaJeunesse等(2012)基于综合的进化遗传学证据定义了两个新的共生藻:微小共生藻(Symbiodiniumminutum)和嗜冷共生藻(Symbiodiniumpsygmophilum),并且建议推广进化遗传学分类系统作为未来定义新共生藻属物种的方法[13]㊂进化遗传学分类方法虽然解决了共㊃190㊀㊃应用海洋学学报40卷生藻属部分分类学问题,但依然没有形成一个公认的物种命名系统㊂目前仅微小亚德里共生藻㊁自在共生藻和贪食共生藻具有形态和超微结构描述,而多毛共生藻(Symbiodiniumpilosum)㊁川口共生藻(Symbiodiniumkawagutii)㊁戈罗共生藻(Symbiodini⁃umgoreauii)和林奇共生藻(Symbiodiniumlinucheae)仅具有超微结构描述,另外还有8个种(Symbiodini⁃umbermudense㊁Symbiodiniumcariborum㊁Symbiodini⁃umcorculorum㊁Symbiodiniummeandrinae㊁Symbio⁃diniummuscatinei㊁Symbiodiniumpulchrorum㊁Symbio⁃diniumglynnii和Symbiodiniumtrenchi)没有形态学描述[8,18⁃20]㊂贪食共生藻是一种既可以和珊瑚共生又可以自由生活的共生藻,在西北㊁西南和东北温带太平洋地区以及地中海均有报道[21⁃22],但直到最近才被正式命名[23]㊂Jeong等(2014)收集了来自世界各地的共生和自由生活的系群E共生藻株系,基于形态学和分子生物学方法证明了它们属于同一个种 贪食共生藻[23]㊂研究表明来自世界各地的贪食共生藻株系的核糖体基因(LSUrDNA,ITS和SSUrDNA)㊁cp23S和线粒体细胞色素b基因(MitochondrialCy⁃tochromeb,cob)序列高度一致[23]㊂这些来自细胞内不同位置(细胞核㊁叶绿体和线粒体)的基因常被用于共生藻属物种多样性和生态学研究的标记基因,它们的一致说明不同地理种群的贪食共生藻之间存在不间断的基因交流或者它们具有共同的起源直到近代才因为自然或者人为因素分散到世界各地,但是目前还没有直接的证据来证明这些推断㊂基于SSUrDNA序列的系统发育结果,一株分离自胶州湾的Symbiodiniumsp.(株系G15)首次被鉴定为 自由生活 的共生藻[24]㊂后来的研究推测其也是贪食共生藻[23],但是目前还没有相应的形态和超微结构证据㊂我们从中国沿海以及一艘停靠在厦门港的货轮压舱水的底部沉积物中分离出了4株贪食共生藻,运用光镜㊁扫描电子显微镜㊁透射电子显微镜对它们的形态和超微结构进行了细致的研究,并且结合核糖体基因㊁cp23S和cob序列差异和(或)系统发育来讨论世界各地贪食共生藻的遗传进化和人类活动的辅助传播㊂1㊀材料与方法1.1㊀样品采集和培养株系SCXM82分离自厦门港表层海水㊂采集到的海水经100μm筛绢过滤并且收集滤过液(小于100μm)㊂在奥林帕斯BX51显微镜(Olympus,To⁃kyo)下寻找并挑取单个甲藻细胞到预装有f/2⁃Si海水培养基[25]的96孔细胞培养板㊂样品在20ħ㊁90μmol/(m2㊃s)光照和12hʒ12h光暗循环(标准培养条件)下培养富集㊂株系GLN和株系SymND由厦门大学海洋微型生物保种中心(CCMA)提供,并且在f/2⁃Si培养基和标准条件下培养㊂株系XING分离自一艘停靠在厦门港货轮压舱水的底部沉积物中的不动细胞,并且在f/2⁃Si培养基和标准条件下培养㊂样品具体采集时间地点见表1㊂表1㊀贪食共生藻株系㊁采集地点和时间Tab.1㊀StrainsofSymbiodiniumvoratum,sitesandtimeofcollection株系采集地点采集时间北纬东经GLN黄海2013年1月36ʎ03.49ᶄ120ʎ15.72ᶄSymND东海2013年2月26ʎ37.91ᶄ119ʎ45.28ᶄSCXM82东海2009年12月24ʎ26.01ᶄ118ʎ04.79ᶄXING压舱水2004年5月1.2㊀光镜观察利用装备有微分干涉光源(DIC)和AxiocamHRc数码相机的蔡司显微镜(CarlZeiss,Göttingen,Germany)观察并拍摄贪食共生藻的不动细胞㊁对数生长期的运动细胞和二分裂状态的细胞(DoubletCell)㊂运用蔡司软件系统(AxiovisionSoftwareV4.8.2)在拍摄到的高分辨率图上对细胞进行大小测量,株系GLN和XING分别量取50个细胞㊂1.3㊀扫描电子显微镜观察取1mL对数生长期细胞与无菌海水配制的锇酸(2%,体积占比,下同)等体积混合在20ħ下避光隔夜固定㊂将自然沉降下来的细胞滴加到涂有左旋多聚赖氨酸(分子量70000 150000,Sigma)的盖玻片上,静置30min以便细胞粘附在盖玻片上㊂样品先后经过无菌海水㊁50%无菌海水和Mill⁃Q水各浸泡10min除去盐分,然后乙醇梯度脱水(10%㊁2期张㊀薇,等:中国沿海贪食共生藻的形态㊁超微结构和分子特征㊃191㊀㊃30%㊁50%㊁70%㊁90%和3次100%,每次10min)㊂样品经过K850临界点干燥仪(Quorum/Emitech,WestSussex)干燥㊁喷金,最后在LEO1530扫描电子显微镜(Zeiss/LEO,Oberkochen)下观察拍照㊂1.4㊀透射电子显微镜观察取戊二醛(TedPella,Redding,CA)缓慢加入到20mL对数生长期藻液中(终浓度2.5%),20ħ固定3h㊂离心(4000r/min,10min)收集细胞并用无菌海水洗涤3次,每次10min,然后加入1%无菌海水配制的锇酸在4ħ避光隔夜固定㊂离心(4000r/min,3min)收集细胞并且用无菌海水洗涤3次,每次10min㊂样品经乙醇梯度脱水(10%㊁30%㊁50%㊁70%㊁90%和3次100%,每次10min),然后用Spurr包埋剂包埋[26]㊂包埋块经EMUC7超薄切片机(Leica,Vienna)切片,然后乙酸双氧铀和柠檬酸铅染色,最后在JEOLJEM⁃1400透射电子显微镜(JEOL,Tokyo)下观察拍照㊂1.5㊀DNA提取㊁序列扩增和测序取大约20mL对数生长期藻液室温下离心(13400r/min,10min)收集细胞㊂用MiniBESTU⁃niversalDNAExtractionKit(Takara,Tokyo)试剂盒按其说明书步骤提取样品总DNA㊂LSUrDNA(D1⁃D6区)序列扩增引物为D1R[27]和28⁃1483R[28]㊂SSUrDNA序列扩增用真核生物通用引物PrimerA和PrimerB[29]㊂50μL聚合酶链反应(PCR)体系:1ˑPCR缓冲液,4种脱氧核糖核酸各0.2mmol/L,正反方向引物各0.2μmol/L,10ng模板DNA和1U的ExTaqDNA聚合酶(Takara,Tokyo)㊂PCR反应程序:94ħ预变性10min;然后30个循环扩增,每个循环包括94ħ变性1min,45ħ退火50s,72ħ延伸1min;最后72ħ延伸10min㊂ITS(ITS1⁃5.8S⁃ITS2)序列扩增引物为ITSA和ITSB[30]㊂除了退火温度改为50ħ外,PCR反应体系和程序和前述LSUrDNA序列扩增方案相同㊂cp23S和cob序列分别按照Santos等(2002)和Zhang等(2005)提供的引物和反应程序进行扩增[31⁃32]㊂以上PCR产物经过纯化后送生工生物工程(上海)股份有限公司,利用ABIPRISM3730XL测序仪(AppliedBiosystems,FosterCity,CA)双向直接测序㊂1.6㊀序列处理和系统发育分析中国沿海贪食共生藻的LSUrDNA序列和基因库(Genbank)上下载的其他共生藻的序列首先经过MAFFTV7.110[33]在线系统在L⁃INS⁃I方案[34]下进行比对,然后用BioEditV7.0.5人工切除头尾多余的序列[35]㊂对于贝叶斯(BayesianInference,BI)系统发育,我们首先采用jModelTest2V2.1.4[36]在Akaike信息准则(AIC)下选择最优进化模型,然后运用MrBayes3.2[37]和选出的最优模型(TIM3+I+G)来构建系统发育树㊂4条马尔可夫链蒙特卡尔分析(MCMC,3条热链1条冷链)同时运行1ˑ106代,每100代取样一次㊂马尔可夫链蒙特卡尔的收敛利用AWTY在线工具的累积函数来作图形化的评估[38],并且分析每个分支的后验概率(PosteriorProbability,PP)值㊂最大似然法(MaximumLikeli⁃hood,ML)系统发育树利用T⁃REX网站[39]上的RaxMLV7.2.6[40]进行构建,并运行1000次自展分析来衡量分支的节点支持率㊂ITS和基因库(Genbank)上下载的其他地区的贪食共生藻序列同样经过MAFFTV7.110[33]在线系统比对,然后运用PAUP∗4b10软件[41]来计算不同地理株系间的遗传距离(未校正P距离)㊂SSUrDNA㊁cp23S和cob序列和基因库上下载的其他地区贪食共生藻的对应序列用DNAman(Version6.0,LynnonBiosoft)进行比对并且计算相似度㊂2㊀结果与讨论2.1㊀形态和超微结构贪食共生藻SymbiodiniumvoratumJeong,Lee,Kang&LaJeunesse的形态和超微结构见图1 4㊂3株贪食共生藻(SCXM82,GLN,GymND)分离自中国沿海水体,1株(XING)采集自一艘停靠在厦门港的货轮压舱水的底部沉积物(表1)㊂株系XING的运动细胞长9.7ʃ1.3μm,宽8.7ʃ0.9μm(n=50);球形不动细胞直径11.4ʃ0.3μm;近球形二分裂细胞直径12.2ʃ0.6μm㊂运动细胞上鞘略大于下鞘,鞭毛长大约是细胞长的1.5倍[图1(a)]㊂细胞核大且呈球形位于上鞘,有一个淀粉核位于细胞核下方[图1(b)㊁(c)]㊂眼点位于腹面纵沟位置[图1(c)]㊂细胞常在一个很小范围内旋转,几个月甚至半年不更新培养基都可存活㊂在培养液底部常见许多不动细胞[图1(d)]和二分裂细胞[图1(e)],且它们都有一个明亮的红色体,培养条件下未见四分裂和八分裂细胞㊂在扫描电子显微镜下对株系XING㊁GLN和GymND进行观察和拍照,它们均显示出相似的甲板排列㊂运动细胞上鞘呈球形,下鞘从背腹面看略微不对称[图2(a)㊁(b)]㊂一个单线长甲板型顶沟复合体位于细胞顶部[图2(c)至(g)],顶沟复合体中心有大约13个球形突起(Knob)[图2(c)㊁(d)]㊂一块方形的小板(X板)位于顶沟复合体的腹面[图㊃192㊀㊃应用海洋学学报40卷2(c)至(g)]㊂运动细胞具有5块顶板(ApicalPlate),一些细胞(大约16%)的甲板2ᶄ和3ᶄ可能融合成一块[图2(f)㊁(g)]㊂细胞具有9块沟前板(PrecingularPlate)和6块前间插板(AnteriorInter⁃calaryPlate)[图2(a)㊁(b)㊁(c)㊁(g)]㊂甲板3a㊁4a和5a可变,极少量细胞(大约1%)的甲板4a和5a合并成一块,而3a则可能分裂成两块(未列出)㊂横沟(Cingulum)和纵沟都很宽[图2(a)]㊂横沟位于细胞中部,由两排五边形甲板组成,下旋大约一个横沟宽度[图2(a)㊁(i)]㊂鞭毛孔位于纵沟位置,鞭毛孔之间有一个捕食茎(Peduncle)[图2(h)]㊂下鞘由6块沟后板(PostcingularPlate)和2块底板(AntapicalPlate)组成[图2(j)至(l)]㊂2块纵沟板(sp和s)清晰可见,另外还有一块(s?)仅露出了一部分[图2(l)]㊂图3画出了中国沿海贪食共生藻典型的甲板排列示意图㊂图1㊀贪食共生藻(株系XING)光镜图片Fig.1㊀LightmicrographsofSymbiodiniumvoratum(strainXING)(a):运动细胞腹面观,示纵沟鞭毛(箭头);(b):运动细胞背面观,示椭圆形细胞核(N)和单茎的淀粉核(Py);(c):细胞侧面观,示眼点(箭头)和淀粉核(Py);(d):不动细胞,示红色体(箭头);(e):二分裂细胞,示红色体(箭头)㊂㊀㊀在透射电子显微镜下对株系XING和GLN进行观察和拍照,它们均显示出相似的超微结构㊂横切面和纵切面显示有许多形状不规则的叶绿体分布在细胞周围[图4(a)至(c)]㊂细胞核位于细胞上鞘,内含许多染色体;油滴和线粒体随机散落于细胞内部[图4(a)㊁(b)]㊂1个外包淀粉鞘的单茎大淀粉核(Pyrenoid)位于细胞中上部[图4(a)㊁(c)]㊂周质膜由一层外膜和内部的一系列甲板组成;位于细胞顶端的球形突起清晰可见[图4(d)]㊂眼点在叶绿体外部位于纵沟,由一系列砖墙状排列具有膜结构的水晶泡组成[图4(e)]㊂高尔基体由许多平行排列扁平的囊泡组成,两侧有许多运输囊泡[图4(f)]㊂叶绿体内含平行排列的3层膜组成的类囊体[图4(g)]㊂2.2 分子特征和系统发育本研究分离到的4株贪食共生藻的核糖体基因(SSUrDNA㊁ITS和LSUrDNA)㊁cp23S和cob序列完全一致㊂对于LSUrDNA,它们和胶州湾(株系G15,AY160123部分序列)㊁地中海(株系RCC1521,KF364606)的贪食共生藻序列相同,但和韩国(株系SvFL1,HF568830)㊁英国(株系CC⁃MP421,AY684264)以及美国(株系rt⁃383,KF364605)的贪食共生藻序列分别有1bp㊁1bp以及2bp的差异㊂基于LSUrDNA序列由最大似然法和贝叶斯方法构建的系统发育树显示出相似的分支结构(图5)㊂中国沿海和世界其他地方的贪食共生藻很好的聚类在一起组成系群E,自展分析支持率和后验概率值都达到了最大值(分别为100%和1.00)㊂但是该种和其他类群的距离较远,表明该种为一个完全分化的物种㊂对于ITS(580bp),它们和胶州湾(株系G15,AY160123)㊁韩国(株系SvFL1,HF568830)㊁英国(株系CC⁃MP421,EU074907)㊁日本(株系RIKEN,AB546599)以及美国(株系rt⁃383,AF334659)的贪食共生藻分别有1bp(相似度99.82%)㊁3bp(相似度99.47%)㊁3bp(相似度99.47%)㊁4bp2期张㊀薇,等:中国沿海贪食共生藻的形态㊁超微结构和分子特征㊃193㊀㊃图2㊀贪食共生藻(株系XING)运动细胞扫描电子显微镜图片Fig.2㊀ScanningelectronmicrographsofSymbiodiniumvoratummotilecells(strainXING)(a):腹面观;(b):背面观;(c):顶面观,示EAV型顶沟(箭头);(d)至(f):顶面观,示EAV型顶沟和其周围的板块;(g):顶面观,示X板㊁顶板和间插板;(h):腹面观,示捕食茎(箭头);(i):背面观,示横沟板;(j)㊁(k):底面观,示底板和沟后板;(l):底面观,示纵沟板㊂(相似度99.29%)以及5bp(相似度99.12%)的差异㊂世界各地贪食共生藻株系间基于ITS序列的遗传距离(未校正P距离)为0.0017 0.0087(表2)㊂对于SSUrDNA(序列长度1752bp),它们和胶州湾(株系G15,AY160123)㊁韩国(株系SvFL1,HF568830)㊁英国(株系CCMP421,AF274279)以及美国(株系rt⁃383,AF225965)的贪食共生藻都有2bp(相似度99.89%)的差异,而对于cp23S和cob,它们和世界各地的贪食共生藻序列完全相同㊂中国株系和其他地方贪食共生藻的遗传分化很小,显示它们之间有频繁的基因交流㊂㊃194㊀㊃应用海洋学学报40卷图3㊀贪食共生藻典型的甲板排列示意图Fig.3㊀LinedrawingofthemostcommonpatternthecalplatesofSymbiodiniumvoratum图4㊀贪食共生藻(株系XING)运动细胞透射电子显微镜图片Fig.4㊀TransmissionelectronmicrographsofSymbiodiniumvoratummotilecells(strainXING)(a):纵切面,示细胞核(N)㊁叶绿体(chl)㊁淀粉核(Py)㊁线粒体(mt)和油滴(L);(b):横切面,示细胞核(N)和环绕的叶绿体(chl);(c):横切面,示单茎的淀粉核(Py);(d):纵切面,示甲板(t)㊁甲板间隙(s)㊁外膜(om)和顶部的球形突起(k);(e):E型眼点;(f):高尔基体和两侧的运输囊泡(箭头);(g):叶绿体及其三层膜组成的类囊体(箭头)㊂2期张㊀薇,等:中国沿海贪食共生藻的形态㊁超微结构和分子特征㊃195㊀㊃图5㊀基于核糖体大亚基(LSUrRNA,D1-D2区)序列由最大似然法构建的共生藻属系统发育树Fig.5㊀PhylogenyofSymbiodiniuminferredfromLSUrDNA(D1-D2region)sequencebasedonmaximumlikelihood(ML)单沟藻(Pelagodiniumbéii)选为外源类群;节点的数字是最大似然法的自展分析支持度(左)和贝叶斯的后验概率(右);自展分析支持度小于50或者后验概率小于0.5的以 ⁃ 代替㊂表2㊀基于转录间隔区序列(580bp)的贪食共生藻不同地理株系间的遗传距离(未校正P距离)Tab.2㊀Estimateduncorrectedgeneticdistances(Pvalues)betweendifferentgeographicSymbiodiniumvoratumstrainsonthebasisofITSregionsequences(580bp)株系(采集地点)rt⁃383(美国)SvFL1(韩国)RIKEN(日本)CCMP421(英国)G15(中国)XING/SymND(中国)rt⁃383(美国)0.00000.00170.00170.00350.00870.0069SvFL1(韩国)0.00170.00000.00000.00170.00690.0052RIKEN(日本)0.00170.00000.00000.00170.00690.0052CCMP421(英国)0.00350.00170.00170.00000.00520.0035G15(中国)0.00870.00690.00690.00520.00000.0017XING/SymND(中国)0.00690.00520.00520.00350.00170.00002.3㊀讨论2.3.1㊀形态和超微结构特征㊀目前只有微小亚德里共生藻㊁自在共生藻和贪食共生藻的甲板结构被描述[23,42⁃43]㊂中国沿海采集到的共生藻株系的甲板方程为:x,EAV,4ᶄ⁃5ᶄ,5a⁃6a,9ᶄᶄ,?s,?c,6ᶄᶄᶄ,2ᶄᶄᶄᶄ,基本符合贪食共生藻的最初描述㊂然而Jeong等(2014)报道称英国的贪食共生藻(株系CCMP421)顶板为5 7块㊁沟前板为8块[23],而中国沿海株系的顶板为4 5块,沟前板为9块,这可能是不同地理株系的贪食共生藻甲板具有可变性㊂实际上㊃196㊀㊃应用海洋学学报40卷不仅上鞘,韩国贪食共生藻(株系SvFL1)下鞘的沟后板是6块或7块,而底板也在2块和3块之间变化[23]㊂甲板可变的情况也同样出现在微小亚德里共生藻和自在共生藻[42⁃43],说明共生藻属物种甲板结构在一定的范围内具有可变的通性,这给共生藻属的分类学研究增加了困难㊂超微结构显示英国(株系CCMP421)和韩国贪食共生藻(株系SvFL1)的淀粉核都具有2个茎[23],而中国沿海株系的淀粉核都只有1个茎㊂目前除了戈罗共生藻的淀粉核具有3个茎外,其他已报到的共生藻属物种(微小亚德里共生藻㊁自在共生藻㊁林奇共生藻㊁川口共生藻和多毛共生藻)的淀粉核都是2个茎[2,42⁃44]㊂淀粉核的茎数目变化是由于地理种群间的差异,还是存在亚种水平的差别,需要更多的株系和实验来阐明㊂以往的研究很少涉及共生藻属物种的高尔基体形态,仅Blank(1987)通过冷冻电镜三维重构技术展示了一株分离自疣表孔珊瑚(Montiporaverrucosa)的共生藻不动细胞的高尔基体[45],我们首次报道了贪食共生藻运动细胞中由许多平行排列扁平囊泡组成的高尔基体形态㊂贪食共生藻运动细胞中高尔基体两侧的运输小泡比前者多[45],说明贪食共生藻运动细胞的高尔基体代谢活动显著高于疣表孔珊瑚共生藻的不动细胞㊂2.3.2㊀兼性营养特性㊀研究表明许多共生藻属物种具有捕食茎[2,23,42⁃43],共生藻物种的兼性营养能力极大的增强了它们在时常处于低营养盐的珊瑚礁环境下存活和繁殖的能力[46]㊂室内培养条件下显示中国沿海贪食共生藻株系生命力顽强,几个月甚至半年不更新培养基都可良好存活,兼性营养能力可能是重要的原因㊂Jeong等(2012)通过实验证明了贪食共生藻能够通过捕食茎摄食细菌㊁蓝藻和小型藻类,并且观察记录到了它能够摄食掉珊瑚礁地区很大一部分的聚球藻(Synechococcus)[46]㊂另外,Shao等(2004)从珠江口附近的一次赤潮水体中分离出了贪食共生藻[47],说明其可能在某些物种赤潮的消亡过程中扮演非常重要的角色㊂2.3.3㊀分子特征与传播的关系㊀自15世纪大航海时代以来,船运极大地促进了世界经济㊁科技㊁文化的交流,缩短了世界各地的时空距离㊂日益发达的船运线路使得包括甲藻在内的许多生物通过水产进出口或者压舱水被带往世界各地,极大的拓展了它们的地理分布[48⁃50]㊂基于LSUrDNA序列的系统发育显示世界各地贪食共生藻很好的聚类在一起,而且它们ITS序列遗传距离也显著的低于甲藻种间遗传距离的统计值(0.01 0.04)[51]㊂Jeong等的研究[23]和本研究表明,西北㊁西南和东北温带太平洋地区以及地中海分离出的贪食共生藻的核糖体基因㊁cp23S和cob基因序列高度一致㊂这些来自细胞核㊁叶绿体和线粒体等细胞内不同位置的基因常常被用于共生藻属物种多样性和生态学研究的标记基因[12,31⁃32]㊂综合的形态和进化遗传证据表明世界各地贪食共生藻具有极其相近的亲缘关系㊂我们从一艘停靠在厦门港的货轮压舱水底部沉积物中分离出贪食共生藻不动细胞并且成功的培养成株系,表明其可以在船舶压舱水中长期存活,暗示世界各地的贪食共生藻可能具有共同的起源直到近代才因为人类活动扩散到世界各地㊂3㊀结论我们从中国沿海及一艘停靠在厦门港的货轮压舱水中分离出了4株贪食共生藻,它们的核糖体基因㊁cp23S和cob序列完全一致㊂中国沿海和世界其他地方的贪食共生藻很好的聚类在一起组成系群E㊂中国株系和其他地方贪食共生藻的遗传分化很小,显示它们之间有频繁的基因交流㊂室内培养条件下贪食共生藻生命力顽强,兼性营养能力可能是它们能够在压舱水中存活的重要原因㊂形态和遗传证据表明世界各地贪食共生藻具有极其相近的亲缘关系,采样记录也表明其不动细胞可以在船舶压舱水中长期存活,暗示世界各地的贪食共生藻可能具有共同的起源并且直到近代才因为人类活动扩散到世界各地㊂参考文献:[1]㊀MUSCATINEL,PORTERJW.Reefcorals:mutualisticsymbiosesadaptedtonutrient⁃poorenvironments[J].BioScience,1977,27(7):454⁃460.[2]㊀TRENCHRK,BLANKRJ.Symbiodiniummicroadriaticumfreudenthal,S.goreauiisp.nov.,S.kawagutiisp.nov.andS.pilosumsp.nov.:gym⁃nodinioiddinoflagellatesymbiontsofmarineinvertebrates[J].JournalofPhycology,1987,23(3):469⁃481.[3]㊀HIROSEM,KINZIER,HIDAKAM.Timingandprocessofentryofzooxanthellaeintooocytesofhermatypiccorals[J].CoralReefs,2001,20(3):273⁃280.[4]㊀KEMPDW,HERNANDEZ⁃PECHX,IGLESIAS⁃PRIETOR,etal.CommunitydynamicsandphysiologyofSymbiodiniumspp.before,during,andafteracoralbleachingevent[J].LimnologyandOceanography,2015,59(3):788⁃797.[5]㊀FREUDENTHALHD.Symbiodiniumgen.nov.andSymbiodiniummicroadriaticumsp.nov.,aZooxanthella:taxonomy,lifecycle,andmorphology2期张㊀薇,等:中国沿海贪食共生藻的形态㊁超微结构和分子特征㊃197㊀㊃[J].TheJournalofProtozoology,1962,9(1):45⁃52.[6]㊀TAYLORDL.OnthesymbiosisbetweenAmphidiniumklebsii(Dinophyceae)andAmphiscolopslangerhansi(Turbellaria:Acoela)[J].JournaloftheMarineBiologicalAssociationoftheUK,1971,51(2):301⁃313.[7]㊀TRENCHRK.Dinoflagellatesinnon⁃parasiticsymbioses[M]//.TAYLORFJR.TheBiologyofDinoflagellates.Oxford:BlackwellScientificPublications,1987:530⁃570.[8]㊀BANASZAKAT,IGLESTAS⁃PRIETOR,TRENCHRK.Scrippsiellavelellaesp.nov.(Peridiniales)andGloeokiniumviscumsp.nov.(Phytodinia⁃les),dinoflagellatesymbiontsoftwohydrozoans(Cnidiaria)[J].JournalofPhycology,1993,29(4):517⁃528.[9]㊀SIANOR,MONTRESORM,PROBERTI,etal.Pelagodiniumgen.nov.andP.béiicomb.nov.,adinoflagellatesymbiontofplanktonicforamini⁃fera[J].Protist,2010,161(3):385⁃399.[10]㊀FENSOMERA,TAYLORF,NORRISG,etal.Aclassificationoflivingandfossildinoflagellates[M].NewYork:AmericanMuseumofNaturalHistory,1993.[11]㊀ØJVINDM,LINDBERGK,DAUGBJERGN.StudiesonwoloszynskioiddinoflagellatesIV:thegenusBiecheleriagen.nov[J].PhycologicalRe⁃search,2010,57(3):203⁃220.[12]㊀ROWANR,POWERSDA.RibosomalRNAsequencesandthediversityofsymbioticdinoflagellates(zooxanthellae).[J].ProceedingsoftheNa⁃tionalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,1992,89(8):3639⁃3643.[13]㊀LAJEUNESSETC,PARKINSONJE,REIMERJD.Agenetics⁃baseddescriptionofSymbiodiniumminutumsp.nov.andS.psygmophilumsp.nov.(Dinophyceae),twodinoflagellatessymbioticwithcnidaria[J].JournalofPhycology,2012,48(6):1380⁃1391.[14]㊀POCHONX,PUTNAMHM,BURKIF,etal.Identifyingandcharacterizingalternativemolecularmarkersforthesymbioticandfree⁃livingdino⁃flagellategenusSymbiodinium[J].PLoSONE,2012,7(1):e29816.[15]㊀POCHONX,LAJEUNESSETC,PAWLOWSKIJ.Biogeographicpartitioningandhostspecializationamongforaminiferandinoflagellatesymbionts(SymbiodiniumDinophyta)[J].MarineBiology,2004,146(1):17⁃27.[16]㊀HILLM,ALLENBYA,RAMSBYB,etal.SymbiodiniumdiversityamonghostclionaidspongesfromCaribbeanandPacificreefs:evidenceofheteroplasmyandputativehost⁃specificsymbiontlineages[J].MolecularPhylogeneticsandEvolution,2011,59(1):81⁃88.[17]㊀LAJEUNESSETC.Investigatingthebiodiversity,ecologyandphylogenyofendosymbioticdinoflagellatesinthegenusSymbiodiniumusingtheITSregion:insearchofa 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