西北太平洋桡足类共生原生生物的多样性与共生机制研究

Copepods as the most numerous secondary producer in the marine ecosystem, link the phytoplankton and higher trophic levels in marine food web. The protistan symbionts in copepods are involved in regulating population dynamics of copepods, consequently impacting the diversity, energy transfer and material cycling of marine ecosystem. To study the diversity and symbiotic mechanism of protistan symbionts in copepods is critical to understand the ecological roles of the symbiosis in regulating the structure and function of marine ecosystem. However, due to the small size and complex life cycle, isolation and morphological identification of the protistan symbionts from copepod are difficult. In previous studies, we developed the protocols to PCR-amplify 18S rDNA from the eukaryotes other than copepods, and separate copepod-specific mRNA from those of other eukaryotes. These protocols enhance the efficiency in capturing the DNA and RNA of protistan symbionts in copepods. In the proposed study, we will investigate diversity, distribution and dynamics of protistan symbionts in the dominant copepods of Northwest Pacific using metabarcoding techniques; analyze the molecular mechanism regulating initiation and maintenance of symbiosis using in situ gene expression profiling (metatranscriptome). The outcome of this project will shed light on the relationship of protistan symbionts and the population dynamics of copepods, also lay a foundation for the further studies on the symbiotic strategies and ecological roles of marine microbial symbionts.

桡足类是海洋生态系统中次级生产者的重要组成部分，在海洋食物网中起着承上启下的作用。桡足类共生原生生物与其种群动态密切相关，对海洋生态系统的多样性、能量传递及物质循环产生影响。研究桡足类共生原生生物的多样性与共生机制对揭示海洋生物共生策略及其对海洋生态系统结构和功能的调控作用具有重要意义。但由于其个体小、生活史复杂，分离及形态鉴定难度大，制约了在多水平上研究其多样性及功能。本项目组成功开发出了特异性地抑制桡足类rDNA扩增及分离桡足类mRNA的方法，大大提高了桡足类共生原生生物DNA及RNA捕获效率。本项目拟以西北太平洋桡足类优势种及其共生原生生物为研究对象，利用宏DNA条形码技术，研究桡足类共生原生生物的多样性、分布特征及动态变化；在构建原位基因表达谱基础上，分析共生关系发生及维持的分子调控机制，阐释共生原生生物与桡足类种群动态变化的关系，为研究海洋微型生物共生策略及其生态功能奠定基础。

桡足类是海洋生态系统中次级生产者的重要组成部分，在海洋食物网中起着承上启下的作用。桡足类共生原生生物与其种群动态密切相关，对海洋生态系统的多样性、能量传递及物质循环产生影响。研究桡足类共生原生生物的多样性与共生机制对揭示海洋生物共生策略及其对海洋生态系统结构和功能的调控作用具有重要意义。本项目优化并摸索了桡足类共生组生物多样性及功能研究方法：优化了特异性抑制桡足类rDNA扩增的方法，结合高通量扩增子测序平台，提升了获取非桡足类rDNA的效率；比较了不同测序平台扩增子测序性能差异，尤其是对稀有类群和关键物种的检测，提出测序方案设计建议；探索了桡足类反式剪接前导序列及宏基因组方法在研究桡足类共生组的可行性，为桡足类共生组多样性及功能研究奠定了方法基础。在物种、遗传及功能多样性多个层次上，揭示了我国边缘海多个典型水域浮游生物群落演替特征及调控机制，该成果丰富了对我国近海浮游生物群落特征以及生态系统结构与功能的长期变化的认识，为项目后续桡足类代表种选择、环境与生物因素分析提供了重要的基础资料和科学依据。较为系统地阐明了多个典型海域多种桡足类共生原生生物群落结构、分布特征及变化规律，初步探讨了环境异质性及生物因素（宿主选择性、食物组成等）在共生原生生物多样性格局、共生关系形成与维持中的作用；揭示了多个共生原生生物代表类群（纤毛虫、共甲藻及Paradinida）的高遗传多样性、系统进化关系、生物地理分布及宿主特异性。本项目建立的实验技术及分析方法、集成的宏DNA条形码数据集，将为深入阐释共生原生生物与桡足类种群动态变化的关系、研究海洋微型生物共生策略及其生态功能奠定方法与数据基础。