基于叶绿体16S rRNA的绿色裸藻类系统发育及性状进化研究

该研究基于叶绿体16S rRNA基因序列,构建绿色裸藻类的系统发育树,并对绿色裸藻类植物8个形态性状进行祖先重建分析,以明确绿色裸藻类植物的系统演化关系,为研究该类植物的起源提供理论依据。结果表明：(1)贝叶斯法构建的绿色裸藻类系统发育树显示,双鞭藻属与拟双鞭藻属互为姐妹群,扁裸藻属、鳞孔藻属和盘裸藻属亲缘关系较近,而囊裸藻属和陀螺藻属亲缘关系较近,裸藻属、隐裸藻属、柄裸藻属和旋形藻属亲缘关系较近,表明裸藻属不是一个单系类群。(2)基于形态性状的祖先重建结果显示,绿色裸藻类相对原始的7个性状包括：表质柔软易变形,出现螺旋形线纹,细胞后端渐尖或尖尾刺状,无囊壳,叶绿体为片状、盾状或大盘状,具无鞘蛋白核,副淀粉粒为小颗粒状且数量不定,而鞭毛长度不能推断可能的祖先状态。(3)综合8种性状祖先重建结果发现,裸藻属和眼裸藻属植物具有所有原始性状,可能是最先出现的绿色裸藻类的祖先。     

中国串珠藻科植物地理分布及与环境因子的关系

研究以中国串珠藻科Batrachospermaceae的串珠藻属Batrachospermum、熊野藻属Kumanoa和西斯藻属Sheathia植物样本的经纬度和一些重要环境因子数据为研究材料, 采用方差分析、相关分析、主成分分析和线性判别分析的方法, 分析这些环境因子对3个属的地理分布影响及3个属地理分布和生长环境的差异性。根据方差分析和线性判别分析结果可知, 串珠藻属、熊野藻属和西斯藻属的地理分布和生长环境具有明显差异性。相关分析和主成分分析结果显示, 海拔高度、平均相对湿度、平均风速、最大可持续风速和大气压强是影响串珠藻属、熊野藻属和西斯藻属地理分布的重要环境因素。研究结果可为丰富我国淡水红藻生态地理分布和地理起源研究提供重要科学依据。     

中国熊野藻属植物系统发育分析——基于叶绿体UPA序列

以中国产的6种熊野藻属(Kumanoa)和串珠藻属(Batrachospermum)植物为材料,测定其UPA序列,并在GenBank中下载相关基因序列,通过贝叶斯法、最大似然法和邻接法构建系统发育树,分析其系统发育。结果显示,UPA序列核苷酸变异位点占序列长度的43.1%,其中简约信息位点占序列长度的31.1%,种间差异度为0~1.81%,属间差异度大于4.19%,可以作为分子标记用于系统发育分析。中国产熊野藻属的两个种和来自世界范围内的多数该属种类聚为一大支,支持该属的建立。基于UPA序列的地理起源分析显示,两属的祖先分布区节点主要在北美洲和大洋洲,然后向其它地区扩散,熊野藻属向外扩散后,在南美洲分布较为集中。     

中国淡水胭脂藻属植物形态及分子系统发育分析

以云南省玉溪市和河南省焦作市新采集的2株淡水胭脂藻标本为材料, 对其进行形态特征观察和分子系统发育分析, 联合我国已报道的其他胭脂藻序列信息, 构建该属植物可靠的系统发育关系。根据其现代地理分布模式, 对胭脂藻属进行了祖先地理起源重建。基于rbcL、psbA和UPA序列, 利用贝叶斯法、最大似然法和邻接法构建的系统发育树高度一致, 研究中的标本与鸡公山胭脂藻H. jigongshanensis聚合为一个独立分支, 并得到了很高的支持率, 根据分子生物学证据, 将其鉴定为鸡公山胭脂藻。通过研究中所采集2株鸡公山胭脂藻的形态特征比较, 发现传统的形态分类特征包括藻体高度和细胞直径, 在不同的环境条件下是可变的, 不适合作为胭脂藻属植物种类鉴定的依据。对于胭脂藻属这一形态结构较为简单的类群, 必须借助分子生物学证据和系统发育分析手段对其进行种类鉴定和系统发育分析。分子系统发育分析结果表明, 中国特有种鸡公山胭脂藻H. jigongshanensis形成单系类群, 其与日本胭脂藻H. japananense亲缘关系较近, 所有淡水胭脂藻种类形成一个独立的聚类群, 与海洋种类遗传差异较大。祖先地理重建的分析结果表明, 淡水胭脂藻的祖先起源地位于北美洲, 然后逐渐向东加勒比海区域、拉丁美洲和欧亚大陆扩散, 形成现代地理分布模式。胭脂藻属独特的种类地理分布特点, 可能与其较为古老的起源时间和漫长的进化历史相关, 同时淡水胭脂藻在北美洲区域起源时间较早, 进化历史漫长, 遗传多样性大, 这与该地理区域分布的种类H. angolensis为多系类群是相一致的。     

不同品系杜氏藻的多相特征研究

杜氏藻(Dunaliella)是一类独特的嗜盐单细胞真核微藻, 为对该藻不同地理来源各品系间的特征进行总结及分类鉴定, 挖掘特色品系, 研究搜集国内外20株不同品系的杜氏藻, 利用PCR扩增内部转录间隔区(ITS)和细胞色素C氧化酶(cox2-3)基因, 生物信息学软件构建系统发育树对其进行分子鉴定; 形态学方法对其显微结构进行观察, 利用生理生化研究方法对杜氏藻盐胁迫下的4个代表性指标(最大光合效率、中性脂含量、β-胡萝卜素含量和3-磷酸甘油磷酸酶活性)进行了测定。结果表明, 20株供试藻均属杜氏藻属, ITS和cox2-3的系统发育结果相似, 均聚为两大簇, 各品系间亲缘关系较为接近; 成熟期的D13细胞最大, D14细胞最小并呈长颈形, 颜色以绿色或黄绿色为主, 鞭毛和眼点各异; D6和D10生长周期短, D18耐盐性最强; D7最大光合效率最高, D6和D18中性脂干重最高, D11的β-胡萝卜含量最高, D7的3-磷酸甘油磷酸酶活性最强。研究结果可为国内外杜氏藻资源的分类鉴定、特色资源的保护、开发与利用奠定基础。     

弯枝藻属rbcL基因的适应性进化分析

为探讨淡水红藻的叶绿体基因及其适应性进化特征,选取弯枝藻属(Compsopogon)及相近外类群的rbc L基因共17条,利用PAML 4.9软件,对弯枝藻属rbc L基因编码蛋白进行生物信息学分析,并分别采用分支模型、位点模型以及分支-位点模型对基因的选择位点进行检测。结果表明,弯枝藻属rbc L基因编码蛋白的二级结构主要由α螺旋和β折叠构成,结构稳定。采用最大似然法构建的系统发育树表明,内类群为单一物种,分为3个小分支,具有一定地理分布规律。在3种进化模型中均未检测到统计上显著的正选择位点,表明绝大多数位点处于负选择压力下。因此,弯枝藻属rbc L基因未发生适应性进化。     

基于叶绿体psaA和psbA基因的中国熊野藻属植物系统发育分析

以中国产熊野藻属Kumanoa的两个种, 绞扭熊野藻K. intorta (=绞扭串珠藻Batrachospermum intortum), 弯形熊野藻K. curvata (=弯形串珠藻B. curvatum)和其他6种淡水红藻为实验材料, 对其psaA和psbA基因进行扩增和测序, 并与GenBank中相近序列进行比对分析, 以贝叶斯法、最大似然法和邻接法分别构建了单基因和联合基因系统发育树. 结果表明, 3种方法构建的系统树具有相似的拓扑结构, 反映的系统发育关系基本一致, 熊野藻属中的两个种聚为一支, 与串珠藻属相分离, 支持该属的建立; 中国产的熊野藻属分子学研究结果与来自南美洲及澳洲的该属植物结果一致, 说明该属的建立具有广泛的地理适用性. 系统发育树聚类结果也明确反映了熊野藻属与串珠藻属较近的亲缘关系, 根据果胞枝形态特点, 推测熊野藻属进化地位晚于串珠藻属植物, 而早于顶丝藻目和红索藻目. 此外, 胶串珠藻与其他串珠藻组植物分离, 支持将其单独分组, 红索藻目植物与串珠藻目植物分离, 支持红索藻目的建立. 同时也表明psaA和psbA基因用于淡水红藻分析, 能够较好地反映其系统发育关系.