中国海区寡毛类和环毛类纤毛虫的DNA条形码与分子生态学研究

【摘要】海洋浮游纤毛虫是在海洋中浮游生活的一类单细胞原生动物，主要是指寡毛类纤毛虫（Oligotrichciliates），隶属原生动物界（Protozoa）、纤毛门（Ciliophora）、旋唇纲（Spirotrichea），分属于寡毛亚纲（Oligotrichia）和环毛亚纲（Choreotrichia）。它们个体微小，是微食物网向经典食物链物质和能量传递的关键环节。本研究通过2010年10月-2011年12月为期1年的年度调查，对黄渤海、胶州湾、青岛二浴、烟台近海和东海的浮游纤毛虫群落进行了指纹图谱、单细胞核糖体拷贝数、生物多样性、时空分布和生物地理学等多方面多层次的分子系统学和分子生态学研究。采用最大似然法、邻接法对83个浮游寡毛类种群3个rDNA片段的158条序列进行分子系统分析和指纹图谱的构建；利用单细胞测序和QPCR等方法对浮游寡毛类和缘毛类纤毛虫类群进行了rDNA拷贝数和变异性计算；研究了黄渤海浮游微型纤毛虫在种类组成、季节变化特征、空间分布特征以及群落结构的异同；利用数据分析软件包Primer6.0+PERMANOVA中的BIOENV、PERMANOVA和多维标度（multi-dimensionalscaling，MDS）等多元统计方法对2个航次浮游微型纤毛虫的平面和空间分布格局进行了探讨；分析了黄渤海微型浮游纤毛虫的环境影响因子对南黄海、渤海、北黄海海域的作用。得到的结果有：1.基于18S，ITS，28SrDNA探讨环毛亚纲和寡毛亚纲纤毛虫的条形码与系统进化关系的研究1）三种基因一致支持丁丁类纤毛虫中部分属级类群的单源性，包括Eutintinus，Amphorellopsis，Tintinnidium，Strombidinopsis和Rhabdnella；2）三种基因的系统分析结果一致显示Favella属种类分为两支，支持将该属划分为Favella和Schmidingerella的两个属系统修订；3）SSU分子系统分析显示丁丁类纤毛虫的常见属Metacylis，Stenosemella以及Tintinnopsis为多源发生；4）丁丁类纤毛虫中物种量最丰富的Tintinnopsis种类形成9个高支持率的次级类群，可为该类纤毛虫的环境序列归类提供参考图谱；5）5.8S-ITS段rDNA基因在丁丁类纤毛虫中呈现出高的物种分辨率，显示其作为条形码基因的适用性。三段基因比较显示LSUrDNA变异性最高，SSUrDNA保守型最强；6）不同时间地理位置的种群间水平SSUrDNA序列比较显示环毛类纤毛虫种内存在潜在的基因型。2.基于单细胞分析估算寡毛类与缘毛类纤毛虫基因组内rDNA操纵子的拷贝数与序列多态性1）纤毛虫细胞具有超高的rDNA拷贝数，最高约310000个拷贝；2）纤毛虫rDNA基因组内的序列变异较大。rDNA标记的个体内单倍型多样性和核苷酸多样性，序列差异主要表现为单核苷酸多态性；3）rDNA的拷贝数与单倍型多样性呈显著正相关。3.黄渤海表层水中微型寡毛类和环毛类纤毛虫的分子多样性及时空变化1）T-RF多样性指数和香浓威纳指数在南黄海均高于渤海，并且和P比Si的摩尔质量比呈负相关；2）群落组成的多维标度和PERMANOVA分析表明全部样品具有明显的季节分布（P<0.01）而没有发现明显的昼夜和空间分布差异（P>0.05）；3）Mantel检验分析显示环境因子P和Si的比率，水温和溶解氧浓度决定了全部样品的分布模式（P<0.05）。冬季样品中，生物地理距离和环境影响了群落结构，温度和溶解氧是最重要的影响因素（P<0.01）；4）黄渤海海区存在大量新颖的物种多样性，其中许多稀有基因型属于寡毛亚科，但与已知的形态种有差异；4.黄海冷水团区域微型寡毛类和环毛类纤毛虫的垂直分布与季节变化1）黄海冷水团区域富含丰富的寡毛类纤毛虫；2）冬季样品中所有T-RF数、多样性参数平均值均高于夏季样品；3）多维标度分析和相似性分析结果共同显示黄海冷水团样品具有明显的季节分布模式（P<0.01）；4）生物-环境（BIOENV）分析表明盐度、pH和溶解氧组合是影响微型纤毛虫群落的重要因子（P<0.01）；5）Spearman相关性分析表明溶解氧和水温与大部分多样性指数成呈相关，可溶性磷酸盐与多样性指数呈正相关；6）典型对应分析（CCA）结果表明盐度、溶解氧和硝态氮与南黄海冷水团微型纤毛虫群落结构相关性极显著（P<0.01），温度与微型纤毛虫群落结构显著相关（P<0.05）。5.黄渤海表层沉积物中寡毛类和环毛类纤毛虫的生物地理学研究1）3个文库共获得269条序列，划分为37个可操纵分类单元（OTUs），序列比对结果发现大部分OTU属于环毛类纤毛虫类群；2）分子系统发育树分析结果表明存在大量新颖的寡毛类和环毛类类群；3）B47S站位的多样性指数和Chao1指数远远高于其他两个文库站位；4）多维标度分析和相似性分析结果发现黄渤海沉积物样品没有明显季节或时空分布；5)T-RF数和丰富度多样性指数与环境因子Chl-a呈负相关（P<0.05），采样深度与Chl-a显著性负相关（P<0.01；6）生物地理距离和T-RF的群落相似性散点分布结果显示，全年和冬季样品地理距离和群落相似性没有相关性；7）典型对应分析（CCA）结果表明沉积物中微型纤毛虫群落结构只与环境因子中的溶解氧呈显著相关（P<0.05）。
【作者】董俊；
【导师】胡晓钟；龚骏；
【作者基本信息】中国海洋大学，水生生物学，2014，博士
【关键词】寡毛类；环毛类；拷贝数；分子多样性；冷水团；沉积物；生物地理学；

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