海洋寡毛类纤毛虫的转录组分析与基因组系统学研究

The planktonic oligotrich ciliates (Subclasses Oligotrichia and Choreotrichia)are key players in the micro-planctonic community. A comprehensive phylogeny to the oligotrichs is fundamentally important for our deeper understanding of the evolutionary and ecological adaptation of these planktonic protists. Nowerdays, phylogeny of oligotich families are mainly based on the rRNA genes, which however could not give consistant evolutionary trend to the morphology system, e.g. lorica for tintinnids. The phylogenetic relationships among oligotrichs are still poorly understood, and suffered from a lack of protein data. We propose to do a phylogenomic analysis for oligotrich ciliates, using quantity orthologues generated from transcriptome sequencing or single-cell amplification technique. Transcriptome will be sampled on family levels and used to deduce the evolution process among oligotrichs. Gene annotation will be carried to gain the main information of oligotrichs functionnal genes. Genes specifically related to lorica will also be used to deduce the adaptation evolution of oligotrichs. Overall, the outcome of this project will offer crucial references for the ecological and evolution studies to the marine planktonic protozoa.

寡毛类纤毛虫是海洋微型浮游生物的主要功能类群，对该类群的系统进化研究是理解海洋微型浮游生物类群适应性进化的重要途径。核糖体基因（rDNA）得出的寡毛类纤毛虫系统发生关系与形态发生学观点产生了诸多争议，不能解释砂壳目的几丁质壳等表型特征的演化。其主要原因是目前已知的寡毛类群的功能基因数据极少，绝大部分寡毛类不容易在实验室大量培养。本项目拟针对寡毛类纤毛虫的多个科级类群开展转录组测序，使用单细胞扩增技术克服不可培养类群mRNA获取的难题。通过高通量测序获得大量功能基因序列，对寡毛类纤毛虫这一重要海洋生态类群进行基因组系统学分析，同时重点选取壳的合成与形成有关的功能基因，分析相关蛋白基础上的系统进化历程，探讨其与其壳形态特征演化的耦合关系，为探讨原生动物形态演化、浮游生活的适应机制及对全球环境变化的响应等提供重要参考。

海洋寡毛亚纲和环毛亚纲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，对该类群的系统进化研究是理解海洋微型浮游生物类群适应性进化的重要途径。近年来国内外学者依据rRNA分子序列对寡毛类和丁丁类纤毛虫进行类群界定。由于单基因的保守性，核糖体基因（rDNA）得出的寡毛类纤毛虫系统发生关系与形态发生学观点产生了诸多争议，不能解释砂壳目的几丁质壳等表型特征的演化。而绝大部分寡毛类纤毛虫类群不可培养，用于现代基因组系统学研究的数据严重缺乏。本项目拟针对寡毛类纤毛虫的多个科级类群开展转录组测序，使用单细胞扩增技术克服不可培养类群mRNA获取的难题。通过高通量测序获得大量功能基因序列，对寡毛类纤毛虫这一重要海洋生态类群进行基因组系统学分析，并重点选取壳的合成与形成有关的功能基因，分析相关蛋白基础上的系统进化历程，探讨其与其壳形态特征演化的耦合关系，为探讨原生动物形态演化、浮游生活的适应机制及对全球环境变化的响应等提供重要参考。项目组在课题执行期间对不同生境，包括烟台近岸海滩，烟台沿海养殖区域（马山寨海参养殖场，牟平海参养殖池）、亚热带沿海区域开展了样品采集。完成了对环毛亚纲和寡毛亚纲26种52个种群的DNA提取工作，对其中的18个种（5平行/物种）进行了转录组获取。共获得转录组数据90余组（约5-10G数据量/转录组）；成功完成了7个物种的转录组拼接、物种和功能注释、不同壳型的比较基因组学分析、同源基因查找和共生细菌病毒基因分析；并获得基因组SSr RNA基因，ITSr RNA基因，ITS转录间隔区域，LSr RNA基因40余条，直系同源基因500条/物种。作为突出性成果，本项目厘定了Haptoria亚纲、寡毛亚纲内的5个科级类群，10个属级类群的系统进化地位，提供了分子系统进化研究的适用类群；通过比较基因组学和基因组系统学分析，揭示了合膜亚纲-管口纲-篮管纲准确的分子系统学定位；使用比较转录组学对纤毛虫原生生物细菌消化相关的表达基因信息和代谢通路进行了揭示；基于高通量测序技术对黄渤海海域浮游原生生物群落的季节动态和类群互作进行了研究。在项目资助下，完成了国际真核生物核糖体小亚基基因数据库（EukRef）纤毛虫部分的管理和搭建工作。本项目的研究结果将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。