中国淡水红藻熊野属植物系统分类研究

Kumanoa is a genus of Rhodophyta established just for three years. This genus shows similar morphlogical characteristics with Batrachospermum, but its carposporophytes always situated at the center of the whorl and are usually hemispherical in shape. Trichogynes are always determinate, and carpogonial branches are curved, twisted or spirally coiled, with cells clearly differentiated from vegetative fascicle cells. The molecular data showed the genus Kumanoa to be a well-supported clade. As Kumanoa is a new genus and have dispute over its resource store, taxnomy and evolution, it becomes to be a new hot spot in Rhophyta area. In this project, the species and classification of Kumanoa in China will be deeply, systematically and multi-characteristically examined. First, widely field investigation and sample collection will be performed. Second, the morphological characteristics as well as molecular data will be obtained and analyzed. A taxa system of Kumanoa, which is more objective and efficient, will be established based on these data and comparison with the other species found around the world. In addition, the relationship with other species in Rhophyta and evolution clockwise will be further analyzed. The project will provide important evidence and stable basis for further taxa and phylogeny study on Kumanoa species itself and even freshwater Rhodophyta. Also, the data will give essential scientific support for biodiversity protection and recovery of this precious species.

熊野属是淡水红藻中最新建立的一个属。该属植物与串珠藻属植物形态结构相似，但果孢子体通常半球形，位于轮节中央，受精丝长度有限，果孢枝弯曲、扭曲或螺旋状，其细胞形状明显区别于营养细胞。分子数据显示其单独聚为一支，明显区别于串珠藻属的类群。该类群也是目前国际上一个活跃的研究领域。本项目将在进行广泛野外调查和标本采集的基础上，对我国熊野属植物进行深入系统的、多特征的分类研究，其研究目的不仅在于澄清我国该属植物的种类和分布，同时还要结合亚显微结构和分子生物学方面的大量数据资料，建立熊野属植物客观有效的分类方法。在此基础上，进一步分析该属植物与其它红藻类群之间的亲缘关系，构建分子系统进化树。本项目不仅对以后该类群的分类和淡水红藻的系统发育研究有非常重要的科学意义，而且对这一珍稀濒危类群的多样性保护和恢复也具有十分重要的现实意义。

雄野属是淡水红藻中最新建立的一个属，该类群也是目前国际上一个活跃的研究领域。本项目在进行广泛野外调查和标本采集的基础上，以中国产的熊野藻属Kumanoa和串珠藻属Batrachospermum植物为材料，构建分子系统进化树，分析了该属植物的系统发育过程，及其与其他红藻类群之间的亲缘关系。结果显示，1）依据我国熊野藻属植物的观察和分类鉴定，对该属的主要分类特征和分类系统进行了分析评述，其植物体果枝的形态结构特征是较为重要的分类特征，进一步结合基因序列，分类结果会更准确。中国淡水熊野藻属已记录的种类有10种。2）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，构建了单基因和联合基因系统发育树。贝叶斯法、最大似然法和邻接法，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；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，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分子学分类结果一致，该属的成立具有广泛的地理适用性。此外，胶串珠藻与其它串珠藻组植物分离，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。3）测定其UPA序列，并在GenBank中下载相关基因序列，构建系统发育树。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。本项目的研究进一步充实了熊野属植物的种类分布，完善了该属的分类系统，同时也为我国淡水红藻植物的系统发育研究和生物多样性保护提供了科学依据。