捕食线虫丝孢菌及相关属的DNA条形码和隐存多样性

Nematode-trapping hyphomycetes belong to a modern lineage of the broad predatory fungi. They have distinctive trapping devices such as adhesive hyphae, adhesive knobs, adhesive networks, constricting rings, and non-constricting rings. Therefore, there is a great interest in using these fungi as model samples in adaptative evolution researches and as biological control agents against parasitic nematodes. However, due to the lack of enough molecular evidences and standard species delimitation, a natural taxonomic and nomenclature system including their teleomorphs still not exist. DNA barcoding has recently become increasingly popular for species delimitation, identification and systematics. For exploring a rapid and accurate approach of nematode-trapping hyphomycetes species identification, the popular genes used in fungal systematics and polymorphic sequences in A. oligospora' s genome are selected as the candidate DNA barcode markers to investigate their feasibility in identification of well-circumscribed species of this kind of hyphomycetes. A set of DNA barcodes will be acquired after the markers were screened and optimized, the intra-and inter-species divergences will be further investigated to establish the species delimitation and scientific nomenclature in nematode-trapping hyphomycetes and their teleomorphs. On the other hand, new species and the cryptic diversity will be explored in fine scale using DNA barcodes to provide us knowledge about the real picture of species diversity in nematode-trapping hyphomycetes.

捕食线虫丝孢菌是子囊菌中的一个食肉类群，其菌丝体可变态为各种结构精巧的捕食器官捕食线虫，在生物防治和进化上极具研究潜力。但分子证据和物种界定标准的缺乏，对其分类、科学命名和多样性研究造成了极大障碍。近年来迅速发展的DNA条形码技术为快速而准确地鉴定物种，研究分类和系统学提供了有效手段。本项目拟以概念清晰的种为材料，基于真菌系统学常用基因和已有的捕食线虫丝孢菌A. oligospora基因组，筛选、优化和确定适合该类群的DNA条形码标准基因；获得一批条形码，研究其在种内与种间的变异规律，及与有性型特征的对应关系，为便捷准确地鉴定捕食线虫丝孢菌，澄清其与有性型的进化关系，建立两者自然分类系统、科学地命名提供重要依据；并基于条形码发现可能的新种和隐存种，在精细尺度上研究隐存种与生物学特征间的关系，揭示重要捕食线虫丝孢菌的物种多样性和隐存多样性，为其起源、进化及其可持续生物防治提供有价值的线索。

捕食线虫丝孢菌是具有独特食肉习性的子囊菌类群，其菌丝体可变态为各种结构精巧的捕食器官或分泌毒性蛋白捕食线虫，在生物防治和进化上极具研究潜力。但分子证据和物种界定标准的缺乏，其分类和多样性研究尚未存在足够科学依据，存在极大障碍。本项目使用ITS、RPB2、TUB、TEF、nrSSU、mtLSU 6个片段对70个捕食线虫丝孢菌种的390个菌株共860条序列进行了分析，（1）筛选了DNA条形码候选基因，建立了种内种间遗传距离的参考阈值，明晰了捕食线虫丝孢菌主要属每个物种的分类界限和主要鉴别特征，有关条形码新基因及技术已申请国家发明专利6项（已公开）。发现捕食线虫丝孢菌新种9个（已发表2个），新纪录种2个，新系统种3个，建立了捕食线虫丝孢菌及其有性型的新联系1对，并对包括GenBank数据库中鉴定错误的58个物种进行了修订，出版了分类专著1部，为建立食线虫真菌及其有性型的自然分类系统，科学地命名提供了重要依据；（2）使用来自核基因组和线粒体基因组上的条形码片段在时间和地理尺度上对捕食线虫丝孢菌的起源、分化和捕食习性的获得进行了进化分析，结果显示捕食线虫丝孢菌是由非捕食线虫真菌进化而来，其主要起源中心为亚洲地区，基部节点以及主要分支的东亚是其起源扩散中心，起源于时间是117Mya，刚好在三叠纪-侏罗纪大灭绝的时间（201.4Mya）之后，从起源到获得捕器，营养方式从腐生到捕食，腐生和致病经历过多次转换，经历了较长的时间，而各种捕器的分化在时间上则相对较快，明确了该类真菌特殊捕食习性形成和发展的分子系统演化关系；（3）通过分生孢子细微形态、温度的适应性以及发酵液杀线虫效果、产孢量、捕器数量、捕食效率以及交配型基因的注释和系统发育分析，发现了捕食线虫丝孢菌模式种Arthrobotrys oligospora种内显著的分化，揭示了其隐存多样性。以上结果为建立一个捕食线虫丝孢菌准确且完整的分类系统奠定了坚实基础，为其起源、进化及其可持续生物防治研究具有重要的科学意义。