編者按
骨條藻作為世界廣布的浮游硅藻,具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟價值,但也可能誘發(fā)赤潮,帶來嚴(yán)重生態(tài)和經(jīng)濟損失。近年來,長江流域頻繁出現(xiàn)中肋骨條藻、近鹽骨條藻和江河骨條藻,且在某些季節(jié)成為優(yōu)勢種。然而,這三個物種在形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)層面難以區(qū)分,給研究帶來困擾。該研究通過結(jié)合形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)方法,對長江流域的骨條藻進行了深入比較和分析,成功總結(jié)出三個物種間穩(wěn)定的形態(tài)學(xué)差異,并探討了骨條藻屬中有進一步研究價值的標(biāo)記基因,為解決骨條藻的分類問題提供了新思路。
骨條藻是一種世界廣布的,廣溫廣鹽性浮游硅藻,具重要的生態(tài)和經(jīng)濟價值。在一些情況下,骨條藻也會誘發(fā)赤潮,破壞生態(tài)結(jié)構(gòu)并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。近年來,中肋骨條藻、近鹽骨條藻和江河骨條藻頻繁在長江流域出現(xiàn),并在某些季節(jié)成為優(yōu)勢種。然而,這三個物種在形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)層面都不易區(qū)分,給研究人員帶來了較大困擾。在形態(tài)學(xué)方面,近鹽骨條藻與個體較大的江河骨條藻在光鏡下形態(tài)相似;此外,近鹽骨條藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)會隨著鹽度的改變發(fā)生變化,在較高鹽度下,其形態(tài)易與中肋骨條藻相混淆。分子生物學(xué)方面,基于NCBI數(shù)據(jù)庫中的序列信息,在使用多個常用標(biāo)記基因構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹中,近鹽骨條藻常與中肋骨條藻聚為一支。為了闡明這三個骨條藻的關(guān)系,該研究結(jié)合形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)方法對在長江流域采集和實驗室培養(yǎng)的骨條藻進行了比較和分析,總結(jié)了三個物種間穩(wěn)定的形態(tài)學(xué)差異,并探討了骨條藻屬有進一步研究價值的標(biāo)記基因。
骨條藻屬穩(wěn)定的形態(tài)學(xué)特征
環(huán)境改變會使骨條藻形態(tài)發(fā)生變化,進而導(dǎo)致骨條藻屬種間形態(tài)學(xué)差異減小,這無疑給形態(tài)學(xué)鑒定增加了難度。通過對不同鹽度下近鹽骨條藻株系形態(tài)的觀察和測量,發(fā)現(xiàn)近鹽骨條藻的群體形態(tài)、紋飾類型、唇形突位置及支持突的連接方式和形狀都是相對穩(wěn)定的形態(tài)學(xué)特征(圖1)。
圖1 不同鹽度下生長的近鹽骨條藻的形態(tài)。 a-c:在0‰鹽度下生長的近鹽骨條藻; d-f:在3‰鹽度下生長的近鹽骨條藻; g-i:在6‰鹽度下生長的近鹽骨條藻。
三種骨條藻基于穩(wěn)定特征的形態(tài)學(xué)差異
江河骨條藻相對容易與其他兩種骨條藻區(qū)分。江河骨條藻個體小,直徑一般小于3微米,通常單生或形成由2個或4個細胞組成的短鏈。在掃描電鏡下,江河骨條藻的細胞壁紋飾重度硅質(zhì)化,支持突具根狀的突起且其基部無孔,支持突邊緣成截斷或裂狀,鏈間支持突不形成互鎖結(jié)構(gòu)(表1,圖2, 3)。
表1 三種骨條藻穩(wěn)定形態(tài)學(xué)特征的比較
近鹽骨條藻和中肋骨條藻在形態(tài)上非常相似。僅鏈端唇形突的位置和鏈端支持突末端形狀可以用于區(qū)分二者。在中肋骨條藻中,大多鏈端支持突的末端具窄的爪狀突起,且唇形突只位于殼面邊緣。而近鹽骨條藻的鏈端支持突末端呈鉤狀,且其鏈端支持突靠近殼面中心或偏向中心(表1,圖2, 3)。
圖2 三種骨條藻形態(tài)學(xué)特征的比較I。 a–d:中肋骨條藻的形態(tài)特征;e–i:近鹽骨條藻的形態(tài)學(xué)特征;j–m:江河骨條藻的形態(tài)學(xué)特征;在 a, e, j中箭頭指向殼面紋飾;在b, f, k中箭頭指殼套紋飾; c, g, l中箭頭展示鏈間唇形突位置; d, h–i, m展示鏈端唇形突位置。 紅色箭頭代表區(qū)分性特征。標(biāo)尺:1 μm
圖3 三種骨條藻形態(tài)學(xué)特征的比較II。 a–d:中肋骨條藻的形態(tài)特征;e–j:近鹽骨條藻的形態(tài)學(xué)特征; h–m:江河骨條藻的形態(tài)學(xué)特征;在 a, e, f, k中箭頭指向鏈間支持突基部和末端;在b, c, g, h, l中箭頭展示鏈間支持突的連接方式; d, i, j, m中箭頭展示鏈端支持突末端形態(tài);紅色箭頭代表區(qū)分性特征。標(biāo)尺:1 μm (a–j); 0.5 μm (k, m)。
適用于骨條藻屬的分子標(biāo)記
基于9個常見標(biāo)記基因(核基因:nLSU、nSSU;葉綠體基因:rbcL、atpB、psaA、psaB、psbA和psbC;線粒體基因:cox1),該研究構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹。通過系統(tǒng)發(fā)育分析,發(fā)現(xiàn)其中7個標(biāo)記基因(除psaA 和 psbA外)均可用于區(qū)分江河骨條藻。僅有atpB基因可用于區(qū)分中肋骨條藻和近鹽骨條藻,且其系統(tǒng)發(fā)育樹的分支結(jié)構(gòu)與骨條藻形態(tài)學(xué)分類結(jié)果一致,表明atpB基因是適用于骨條藻屬分類研究的標(biāo)記基因(圖4)。此外,研究發(fā)現(xiàn)atpB在解釋物種的種內(nèi)地理變異上也具一定優(yōu)勢。然而,目前atpB基因被關(guān)注的不多,該研究呼吁學(xué)者們多關(guān)注骨條藻屬的atpB基因,進一步驗證atpB基因的適用性。
圖4 基于atpB基因的系統(tǒng)發(fā)育樹。加粗標(biāo)記的為實驗培養(yǎng)藻株。
來源
標(biāo)題:長江流域三種骨條藻的形態(tài)比較及分子標(biāo)記篩選
期刊:Journal of Oceanology and Limnology
作者:胡婧文,弋鈺昕,楊正鑫,John Patrick KOCIOLEK,于潘,王全喜,尤慶敏
DOI:10.1007/s00343-023-3069-6
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