黄渤海沿岸带无壳缝硅藻的生物多样性及系统进化的研究

Araphid diatoms are important contributors to primary production in marine littoral zone. Due to the difficulty of taxonomy and weak-studied habitats, the biodiversity of araphid diatoms are far from known. In the past decades, dozens of new taxa within araphid diatoms have been reported, indicating that the biodiversity of araphids are likely under-estimated. Additionally, previous molecular phylogenies reveal that the evolutionary relationships of some species of araphids are still uncertain. Therefore, in this study we intend to collect the samples from the intertidal zone of Yellow and Bohai Seas, and obtain the monocultures of araphid diatoms. The morphology of araphids diatoms will be observed under the LM and SEM. The sequences of small subunit of ribosomal gene (SSU rRNA) and two chloroplast-encoded genes (rbcL and psbC) will be amplified. Maximum likelihood tree and Bayesian inference will be reconstructed using concatenated three-gene dataset (SSU rRNA、rbcL and psbC). Based on the morphology and the evidence of DNA data, we will revise the taxonomy of difficult-identified taxa and the paraphyletic group. This will not only reveal the real biodiversity of araphid diatoms, but also enrich and improve the taxonomy and classification system of araphid diatoms in China. Besides this, additional taxon sampling of araphid diatoms will be helpful for reconstructing more resolved phylogeny, which will further clarify the phylogenetic relationships of araphid taxa.

无壳缝硅藻是海洋初级生产力的重要组成，由于其分类较难及对其生境类型调查较少，我们对无壳缝硅藻的生物多样性的认识仍存在不足。另外，关于无壳缝硅藻的系统学研究较少，存在较多疑问。因此本项目拟选取黄渤海作为研究区域，通过建立单克隆藻株，在LM和SEM下观察其形态特征，对三个基因（SSU rRNA, rbcL 和psbC）进行PCR扩增，基于以上三基因序列来构建最大似然树和贝叶斯树。结合形态学特征和系统进化的证据，对无壳缝硅藻尤其是分类难的物种和并系群的分类单元进行分类修订，在此基础上丰富无壳缝硅藻的生物多样性，完善我国无壳缝硅藻的种类及分类系统。另外，无壳缝硅藻生物多样性的提高也有利于构建更具有代表性的系统进化树，从而进一步阐明无壳缝硅藻的系统学关系，具有重要的科学意义。

硅藻是重要的初级生产者，贡献了20%的初级生产力，其中无壳缝硅藻是硅藻的主要组成成分，其生物多样性及系统进化还未清楚。因此，在本项目（41906086 ）的资助下，围绕硅藻进行了一系列的系统研究，主要包括：（1）无壳缝硅藻生物多样性的调查研究。在项目执行期间，样品采集于烟台，青岛，厦门以及广东沿海海域。对于烟台，青岛和厦门海域，未分离到无壳缝硅藻，这些海域主要是羽纹纲硅藻如舟形藻，菱形藻和曲壳藻属等。对于广东沿海海域，分离培养的无壳缝硅藻隶属于Licmorphora,Grammatophora和Tabularia等; 此外，还分离到常见的赤潮物种如Chaetoceros,Skeletonema和Rhizosolenia等。结合形态和DNA序列，推断并没有分离到新的物种。（2）无壳缝硅藻生理生态研究。该研究对一株无壳缝硅藻施氏微壳藻(Nanofrustulum shiloi)进行了在氮充足和两种低氮浓度下的生长和转录组研究，并与中心纲硅藻威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii)进行了比较分析，发现施氏微壳藻对低氮环境的适应能力较差，同时揭示了系统进化较远的两株藻对低氮环境适应的多样性。3）藻菌互作的研究。硅藻具有较高的生物多样性，在各种水体中均占优势。为了探索细菌对硅藻优势维持是否有重大影响，分离培养硅藻藻际细菌，并将其与无菌硅藻进行共培养实验，该研究最终筛选出了几株在氮充足条件下对三角褐指藻具有较强促进作用的菌株，如Alteromonas macleodii，Labrenzia aggregata以及Stappia sp. ，同时进行了藻菌共培养实验的转录组和代谢组的分析，意在探索细菌促进硅藻生长的分子机制。这些研究结果为了解无壳缝硅藻在采样海域的分布提供了背景知识以及揭示了藻菌互作的机制，为进一步理解硅藻优势维持的机理提供新见识。