绿藻门橘色藻目的系统分类学研究

Trentepohliales represent a complex of five aerial genera that widespread in tropical or subtropical areas with a long taxonomic history. However, there still remains several taxonomic problems on Trentepohliales. In order to clarify these taxonomic puzzles, we planned to collect the specimens from tropical and subtropical China and culture most specimens. The light microscopy, scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy and multi-locus phylogeny will be used to study paraphyly of genera Trentepohlia, Printzina and Phycopeltis, and specific-paraphyly in Cephaleuros. The metagenomic sequencing will be applied to investigate the molecular diversity of difficult cultured group such as Phycopeltis. We planned to obtain five chloroplast and mitochondrion genomes, and a phylogenomic analyses will be performed based on these plasmon data. Furthermore, the following aims of our study will be finished: (1) proposing an efficient method on species-specific identification of five genera especially Cephaleuros and a new emended criteria of Cephlaeuros, (2) resolving the paraphyly of Trentepohlia, Printzina and Phycopeltis, (3) discuss the phylogenetic position of Trentepohliales in Chlorophyta. Thus, a completely emendation of Trentepohliales will be recommended.

橘色藻目是广泛分布于热带、亚热带气候较为的潮湿地区的气生绿藻。橘色藻目的分类历史久远，然而至今其分类系统仍较为混乱，存在诸多分类学难题。本研究拟在调查中国橘色藻分布的基础上，利用显微形态和超微结构观察、生活史观察、多位点分子标记联合进化分析的方法探究橘色藻属、普氏藻属和叶楯藻属的多系性问题以及头孢藻属的种内多系性问题；利用宏基因组手段调查叶楯藻属的分子多样性和系统发育基因组学的方法研究橘色藻目在绿藻门中的系统发育位置。通过以上研究来建立有效的橘色藻目物种鉴定的方法；并对头孢藻属模式种重新指定，修订头孢藻属的分类标准；明晰橘色藻目难以培养的类群的分子多样性；归纳橘色藻目各个支系的分类特征，完成对橘色藻目的分类学修订；进一步论证橘色藻目在绿藻门中的系统分类位置。最终对橘色藻目的分类系统进行较为全面地修订。

橘色藻目是广泛分布于热带、亚热带地区的气生绿藻。研究橘色藻类对于建筑物保护、植物保护、保健品开发、生物圈对全球气候变化的响应以及藻类演化与陆地植物登陆等方面具有十分重要的意义。然而，橘色藻目分类系统至今仍较为混乱，存在诸多分类学难题。本研究通过大规模调查采集橘色藻目样本，利用多相手段相结合的方法探索橘色藻目内的几个典型的分类学问题。.首先，我们通过分离纯化可培养的橘色藻藻株，明确了橘色藻目内的系统发育关系、指出橘色藻目内孢子囊开孔位置是区分两大分支的可靠形态学性状；其次，我们使用SMRT测序技术，评估了热带雨林地区叶际藻类群落多样性，发现叶际群落中存在大量橘色藻目和渡边球藻分支的未知物种；再次，通过大量采集分离寄生性的头孢藻属藻株，对头孢藻属的分类标准进行了探讨，我们的研究显示头孢藻属内大部分物种为多系种、且系统发育结构与二级结构分析取得了较为一致的结果，均支持中国境内存在7个分子种；此外，我们通过测定橘色藻目内典型物种的叶绿体基因组和全基因组，对其进行了系统发育基因组学评估，结果显示橘色藻目叶绿体基因组内存在大量未知功能的ORFs，在其rpo基因簇中存在多个移码突变，这些特征均与羽藻目类似，且系统发育结果支持橘色藻目与羽藻目具有较近的亲缘关系。另外，通过测定橘色藻目典型物种的全基因组，首次从全基因组层面上揭示绿色植物界中存在第六套密码子编码的物种；大量的水平基因转移使得橘色藻目能够获得诸多新功能，这也是橘色藻目能够克服诸多困难从而适应气生生境的关键。.本项目利用藻株分离纯化、环境DNA技术、细胞器基因组测序和全基因组数据对绿藻门橘色藻目的藻类进行了系统地分类修订、多样性评估和系统进化研究。取得了大量有重要科研价值的藻株、分子标记和基因组数据，为深入研究绿色植物登陆、绿藻门系统演化和橘色藻目的适应性进化奠定了坚实基础。