武汉东湖腹毛类纤毛虫的多样性与系统学研究

Hypotrichous ciliates are a large and diverse group of widespread and highly differentiated protozoa, which are extensively studied in many fields, e.g., molecular biology, ecology, systematics and cell biology. Investigations of freshwater hypotrichs were mainly carried out in Europe, while only few studies of model organisms were performed in Asia. In China, studies of hypotrichs were focused mostly in saltwater habitats. Further, more than 80% of the freshwater hypotrichs are not characterized using molecular data. The main objectives of this proposed project are to study the biodiversity and phylogeny of freshwater hypotrichs in Lake Donghu using modern taxonomic methods. We propose to 1) conduct a comprehensive survey of morphological diversity, temporal and spatial distribution, and community structures of hypotrichs; 2) set up a DNA bank of freshwater hypotrichs and a cell Bank of culturable species; 3) perform multigene sequencing and phylogenetic analyses of key species, combined with morphological and morphogenetic information, which will shed light on their detailed phylogeny and evolutionary history.

腹毛类纤毛虫为广泛见于各种生境中的一大类结构复杂、多样性极高的原生动物，是分子生物学、生态学、系统学等研究的重要材料。当前该类群研究的突出问题为：基于现代技术开展的工作存在严重失衡和欠缺。国际间已研究的类群中，尤其是淡水种类，约80%均无分子信息，且上述研究几乎完全集中在欧洲，在亚洲尤其是我国淡水水系中，除极少数模式材料外，绝大多数的腹毛类迄今缺乏研究。鉴于此，本工作拟以武汉东湖为目标水体，采用经典与现代技术相结合的手段，开展：（1）水体中未明、优势类群的多样性、时空分布及群落结构研究；（2）初步建立淡水腹毛类的DNA库和细胞库；（3）开展代表性类群的多个标记基因的测序和分析，在此基础上进一步开展分子系统学研究。本工作将为我国长江中下游淡水湖泊中腹毛类纤毛虫多样性研究做出一份开拓性的贡献，并结合形态学、分子生物学、生物信息学等多种研究手段，为建立一个能反映其自然关系的分类系统提供重要资料。

淡水纤毛虫形态分类学工作多集中在欧洲开展且多数种类无分子信息报道。我国淡水水系中除少数模式材料外，绝大多数的腹毛类纤毛虫缺乏深入研究。本项目针对武汉东湖及周边生境，开展了三周年的纤毛虫采集、鉴定、培养、基因组DNA提取、标记基因测序以及系统发育关系构建和评估等工作。记录了四十余种腹毛类纤毛虫的活体形态，利用现代银染技术揭示了其纤毛图示，澄清了相关物种的分类鉴定混乱和错误。如圆纤虫，尾柱虫，全列虫，异列虫，双轴虫，尖毛虫，赭尖虫，急纤虫，棘尾虫，瘦尾虫，游仆虫，楯纤虫等，其中包括3个新种：中华殖口虫Gonostomum sinicum，武汉圆纤虫Strongylidium wuhanense，拟斯特后尾柱虫Metaurostylopsis parastruederkypkeae和1个新科Hemicycliostylidae以及多个国内新纪录。对准确鉴定的物种提取了基因组DNA，目前已测序获得98条标记基因序列（SSU-rDNA, LSU-rDNA, ITS1-5.8S-ITS2），对丰富国际基因数据库GenBank中该类群的序列信息做出了建设性贡献。进而通过多个基因联合分析，并结合形态及细胞发生学信息评估探讨了异列虫Anteholosticha-全列虫Holosticha复合类群、Hemicycliostyla、Australothrix、Eschaneustyla、Bakuella等14个属30个物种的系统进化地位。为揭示我国长江中下游淡水湖泊中腹毛类纤毛虫的多样性和系统进化地位做出了贡献。