黄渤海寡毛类纤毛虫优势类群的多基因分子系统研究

The planktonic oligotrich ciliates (Subclasses Oligotrichia and Choreotrichia)are key players in carbon and nutrient cycles and important linkers between the microbial food web and the classical food web. A comprehensive phylogeny to the oligotrichs is fundamentally important for our deeper understanding of the evolutionary and ecological adaptation of these planktonic protists, particularly under the background of global environmental change (warming and seawater acidification). However, to date, molecular data are relatively rare for the oligotrich cilates from Chinese oceans. A single gene (SSU rRNA) based phylogeny suffered from low resolution, high intragenomic polymorphisms and long branch attractions. Therefore, the phylogenetic relationships among the oligotrich ciliates are still poorly understood. We propose to investigate the phylogeny of oligotrich ciliates using wide taxa sampling and more gene markers from rDNA and housekeeping genes (e.g. tubulin, hsp genes and EF-1). Oligotrichs will be sampled from Bohai Sea and Yellow Sea, in order to build a region-specific DNA-library. PCR and reverse transcription technologies will be used for obtaining the target rDNA and functional genes. The output from the high throughput sequencing will contain not only the genes expected for phylogeny reconstruction, but also other transcribed genes that can be linked to the species, which will contribute greatly to environmental metagenomic studies. Overall, the outcome of this project will offer crucial references for the ecological and evolution studies to the marine planktonic protozoa.

海洋寡毛类（寡毛亚纲 、环毛亚纲）纤毛虫是海洋微食物网组成中的一个重要功能类群。在全球变化背景下，对寡毛类系统进化的研究是理解以寡毛类为代表的海洋微型浮游生物类群适应性进化、生态适应机制的重要基础。然而，针对我国海区寡毛类纤毛虫的基因数据还较少；利用单基因（18S rRNA基因）开展某些类群的分子系统与进化研究时存在诸多局限，在寡毛类研究中尤其如此。本项目拟以黄渤海为研究区域，建立浮游寡毛类纤毛虫优势种类的DNA库，通过分子克隆、转录组测序获得核糖体基因（rDNA）和编码蛋白基因（微管蛋白，热激蛋白）等分子标记，初步构建黄渤海寡毛类优势类群的功能基因库；在此基础上进行多基因系统进化分析，深入探讨寡毛亚纲（无壳）与环毛亚纲（有壳）及纲下主要阶元的系统关系。项目成果将为黄渤海微型生物区系提供第一手数据，为浮游微型生物的分子生态、进化、对全球变化的功能适应与相应研究提供重要参考。

海洋寡毛类和丁丁类纤毛虫是浮游真核微生物类群的主要组成部分，它们在微食物网的碳流与能流中发挥重要作用。然而长期以来，由于其个体微小，部分类群具有钙化的壳，依据光学显微镜观察及外壳形态进行鉴定存在诸多问题。目前，SSU rDNA为寡毛类纤毛虫最常用的分子标记之一，然而该分子标记相对保守，仅适合刻画寡毛类高阶元类群，用于分辨寡毛类纤毛虫低级阶元的分子标记有待探讨。本项目拟对黄渤海区域浮游寡毛类纤毛虫的优势种类进行采集，通过分子克隆、转录组测序获得多基因信息，深入探讨寡毛亚纲（无壳）与环毛亚纲（有壳）及纲下主要阶元的系统关系，并筛选获得适用于寡毛类纤毛虫的分子标记。项目组在课题执行期间对不同生境，包括近岸海滩，海草床区域，养殖区域开展了样品采集；并依托国家基金委夏季和冬季航次对渤海、黄海和东海海域站点进行了浮游拖网。完成了对环毛亚纲和寡毛亚纲40种51个种群的DNA提取工作，共获得SSU rRNA基因，5.8S rRNA基因，ITS转录间隔区域，LSU rRNA基因180余条；完成了海洋浮游前口类和篮管类纤毛虫15个形态种类的形态观察和两类rDNA基因测序。在采集样品基础上，通过透射电镜观察和转录组数据分析对浮游生境、厌氧环境中的多种原生生物进行了适应机制研究和探讨。本项目的产出有，提供了26种丁丁类纤毛虫的显微图谱和形态描述；厘定了复合属Tintinnopsis的9枝高支持率的进化枝；通过barcoding分析和分子系统分析筛选ITSr RNA基因为寡毛类群较好的分子标记；揭示了篮管纲内三个目级类群，前口类科级类群准确的分子系统学定位；筛选了Phyllopharyngea 和Nassophorea两个纲级类群的特异性同源位点。作为项目的突破之一，对海洋寡毛类纤毛虫常见种具沟急游虫进行了单细胞和少量细胞的转录组信息的获取，共获得5G原始数据，数据注释后获得3000余条可注释的蛋白基因信息。研究结果为浮游微型生物的分子生态、进化、对全球变化的功能适应与相应研究提供了重要参考。