海洋膜口类纤毛虫的多样性、超微结构与条形码基因建库

Represented by Paramecium and Tetrahymena, the hymenostomatid ciliates are important model organisms in many fields, eg., environmental biology, evolutionary biology and genetics. For various reasons, studies involving biodiversity, cytology and systematics for marine hymenostomatids have not been carried out within the international scope. This project intends to make use of electron microscopy, classical taxonomy and molecular means to focus on the hymenostomatids from various offshore habitats near the Yangtze Estuary. The core contents include: (1) discovering and reporting unknown species biodiversity and clarifying the historical legacy of chaos based on modern taxonomic standard, and preliminary constructing DNA barcodes database; (2) revealing the ultrastructure of key species, and to explore the evolution rules of significant morphological structure and taxa with systematics doubt from the sub-microscopical level; (3) on this basis, to accomplish systematics amending using combined information of morphology and molecular phylogeny. This project will be the first multi-angle study on marine hymenostomatids ciliates, and will fill the gaps in the taxonomy and systematics of ciliated protozoa. It will obtain the first-hand scientific information which is with multiple meanings, and it will also benefit many research fields including marine ecology, environmental biology and biodiversity by providing the urgently needed scientific basis.

以草履虫、四膜虫为代表的膜口类纤毛虫原生动物是环境生物学、进化生物学、遗传学等研究领域的重要模式生物。由于多种原因，国内外在海洋生境中，围绕膜口类这一纤毛虫大类群的多样性、细胞学及系统学的研究迄今甚少。本项目拟综合利用电镜、经典分类学及分子手段，聚焦长江口近海各类生境中的膜口类纤毛虫，核心内容包括：（1）基于现代分类学手段发现和报道未知物种多样性，厘清历史遗留的分类学混乱，并初步构建相关的条形码基因数据库；（2）揭示关键种类的细胞超微结构，探讨存疑阶元、具有演化意义的形态结构特征在细胞器亚显微水平上的演化规律；（3）在此基础上，综合形态及分子信息，完成膜口类系统关系厘定和构建。本项目为国际间首次聚焦海洋膜口类开展的多角度研究，将填补纤毛虫原生动物分类学和系统学研究的空缺；所形成的具有多重意义的第一手资讯，将为海洋生态学、环境生物学及生物多样性等研究领域提供亟需的科学依据。

针对膜口类纤毛虫在多样性、细胞学及系统学研究上的诸多空缺和疑难，本项目综合利用电镜、经典分类学及分子手段，聚焦各类生境中的膜口类纤毛虫开展了综合研究，主要结果包括：（1）基于现代分类学手段发现和报道新种5个，完成了10个物种的分类学混乱清理；为国际基因库提供了56个物种的160条标记基因序列（系统发育标记基因和DNA条形码基因）。（2）基于新增序列和系统发育分析，揭示了膜口类纤毛虫内部新的遗传分化规律；同时，借助对咽微纤丝、包囊、射出胞器等“新”特征的显微及超微水平描述，发现相较于纤毛图式等经典特征，咽微纤丝等新特征在解释分子发育关系上具有更强的分辨率。（4）基于本课题成果及已有研究结果，编写了《中国盾纤亚纲及咽膜亚纲纤毛虫》并在中国科学出版社出版。汇编整理中国境内报道的4目、24科、48属，共111种盾纤亚纲和膜口亚纲纤毛虫；综述了该类群的形态及形态发生、更新了分类系统、给出了所涉及目、科、属级阶元检索表；提供了每一个物种的模式图、鉴定文献、分类特征描述、生境与标本存放等详细信息。.该项目研究结果为膜口类纤毛虫分类学提供了第一手资讯和权威的参考著作。从细胞器角度出发，探究阐释分子系统发育关系的新形态学特征，也为未来原生动物疑难系统学问题的解决提供了崭新的思路。依托该项目，发表SCI文章10篇，培养4名研究生。