排毛目与散毛目纤毛虫分子系统发育及其基因筛选策略探讨

Hypotrichous ciliates, a group of broadly distributed protozoa, are widely studied by researchers focusing on cell biology, genetics and ecology. However, systematic classifications of hypotrichs are very divergent and ambiguous. The biggest problems of hypotrichous phylogeny are that the classifications of the orders Stichotrichida and Sporadotrichida are confused, and the phylogenetic relationships of more than 2/3 families and genera within these orders are not clear.In the present project, species within the orders Stichotrichida and Sporadotrichida will be collected and identified. Our aims are as following: 1) Study phylogenies within the orders Stichotrichida and Sporadotrichida, as well as some families without good classifications, based on multi-gene sequence analyses; 2) Collect and identify species without gene sequences, extract their DNA and sequence phylogenetic gene markers; 3) Select and confirm several gene markers for ciliate phylogenetic studies；4) Discuss how macronuclear gene duplication, mitochondrial heteroplasmy will affect phylogenetic reconstruction of Ciliophora. The project will be benefit for future researches on biodiversity and community analyses, and improve ciliate multi-gene phylogenetic researches.

腹毛类纤毛虫为高度多样性、广域分布的原生动物，在细胞学、遗传学、生态学等领域具有重要的研究价值。国际间围绕该类群研究的主要瓶颈问题是系统关系高度混乱，尤其是排毛和散毛两个目级类群，其内超过2/3的科属级阶元处于内涵与外延模糊和系统位置不明状态。鉴于此科学问题，本工作旨在：1) 在新的分子信息采集、多基因分析背景下，开展对排毛目和散毛目系统发育的探讨，全面廓清和梳理其内部关系；2）在作者新近完成的分子素材采集基础上，完善刻画迄今分子数据缺失的物种、开展重要标记性基因的测序和形态种的DNA建库；3) 以两大类群为材料，筛选更多适于构建纤毛虫目、科、属级阶元亲缘关系的标记性基因；4）探讨候选基因中的大核基因重复、线粒体基因异质性等因素对分子树构建的影响。本研究将显著促进相关类群多样性研究的深入，为深入阐释纤毛虫的系统演化关系、同时也为国际纤毛虫分子信息库的完善提供重要的支撑和建设性贡献。

腹毛类纤毛虫为高度多样性、广域分布的原生动物，在细胞学、遗传学、生态学等领域具有重要的研究价值。国际间围绕该类群研究的主要瓶颈问题是系统关系高度混乱，尤其是排毛和散毛两个目级类群，其内超过2/3的科属级阶元处于内涵与外延模糊和系统位置不明状态。鉴于此科学问题，本课题在执行期4年（2015.1 - 2018.12）期间，开展了包括DNA提取及测序、基因标记筛选和基因重复现象探讨、排毛目和散毛目及相关类群分子系统发育关系研究。主要研究进展如下：（1）首次完成了排毛亚纲（排毛目、散毛目和尾柱目）3目9科17属20种26种群的161条组蛋白H4基因序列；3目6科8属10种12种群的94条热休克蛋白Hsp90基因序列；以及16个物种/种群的230条肌动蛋白基因序列。（2）组蛋白H4 基因分歧度较高，并非研究排毛亚纲纤毛虫分子系统发育的适合基因标记；HSP90基因可作为研究排毛亚纲纤毛虫系统发育关系的适合基因标记；肌动蛋白基因仅适用于纤毛虫高级阶元的划分。（3）COI基因、ITS1、ITS2、LSU rDNA的D2区是进行纤毛虫物种区分的良好的候选基因标记；SSU rDNA二级结构中，V4区二级结构对于揭示种间关系应用价值最大。（4）环境未定种序列的增加可用于优化排毛亚纲纤毛虫系统树拓扑结构。（5）在纤毛虫中肌动蛋白基因至少发生了3次基因重复，3个肌动蛋白基因亚型 (Actin I, II, III) 的分化发生在纤毛虫纲的分化之后，但在亚纲分化之前。（6）基于多基因片段重新厘定了纤毛虫门55个目级阶元及其科级阶元的系统关系；基于Actin、Hsp90、组蛋白H4基因的分子系统树拓扑结构表明，排毛目、散毛目均为多源发生。该课题的研究成果将对后续纤毛虫分子系统学研究提供重要的方法学参考，并在一定程度上厘清了相关纤毛虫类群/物种的系统混乱。