基于线粒体基因组全序列的唇口目苔藓动物系统发育研究

苔藓动物是后生动物中的一个重要类群，但由于个体微小和结构复杂等原因，其研究一直未得到应有的重视。唇口目是现存苔藓动物中群体形状变化最大、个虫形态高度分化并且种类最多的一大类群，其系统分类一直是苔藓动物分类中的经典难题。本项目应用Long PCR扩增、线粒体DNA分离纯化和文库构建技术，结合鸟枪法、步移法测序获得线粒体基因组全序列，基于基因组水平探讨唇口目苔藓动物内部的系统发育关系和苔藓动物在后生动物中的分类地位。本申请采用最大简约（MP）法、最大似然（ML）法和Bayesian分析法，对新测序列在内的涵盖苔藓动物10余个科的线粒体基因组全序列进行比较基因组学分析，重点关注唇口目苔藓动物内部的系统发育关系，为解决其中的分类学争议提供基因组学依据。本研究为揭示苔藓动物内部的系统演化和其分类地位提供宝贵的遗传信息。线粒体基因组全序列的测定也将大大推进海洋无脊椎动物线粒体基因组学研究的发展。

本项目进展顺利。对苔藓动物活体样品进行了较为全面、系统的标本采集、生物调查与分类学鉴定。从我国渤海、黄海、东海和南海海域，共获得20余种苔藓动物的新鲜样品，超额完成申请书中“获得10个苔藓动物物种”的要求。涉及2个纲（狭唇纲和裸唇纲）、3个目（管孔目、栉口目和唇口目）和14个科（管孔苔虫科、袋胞苔虫科、软苔虫科、琥珀苔虫科、膜孔苔虫科、丽苔虫科、草苔虫科、环管苔虫科、裂孔苔虫科、拟小孔苔虫科、太平洋苔虫科、隐槽苔虫科、筛壁苔虫科和俭孔苔虫科）。对线粒体基因组测定的新流程进行了大胆探索。利用Illumina Genome Analyzer（Solexa）新一代测序平台获得大室别藻苔虫Membranipora grandicella（裸唇纲：唇口目）等物种的线粒体基因组序列。该流程的建立是基于国际前沿的新一代测序技术，避开了长PCR扩增等技术的限制，取得了令人满意的实验结果，高效、便捷的获得目标物种的线粒体基因组，为其它海洋动物线粒体基因组的获得提供重要的参考价值。采取申请书中的技术路线，成功获得扇形管孔苔虫Tubulipora flabellaris（狭唇纲：管孔目）等物种的线粒体基因组。苔藓动物线粒体基因组的基因排列顺序与其它后生动物都显著不同（未发表物种的基因排列结果未展示）；令人惊奇的是，苔藓动物线粒体基因组之间的基因排列顺序也显著不同。与先前已经完成的苔藓动物线粒体基因组相比，扇形管孔苔虫和大室别藻苔虫线粒体基因组都具有独特的基因排列顺序。这说明在苔藓动物门内部也有大规模基因重排现象发生。线粒体基因组的基因排列在同一个门内发生如此大的变化，这种现象在后生动物中是较为少见的，值得今后进一步研究。为了在线粒体基因组层次上，探讨苔藓动物在后生动物中的系统发育地位及其内部的系统发育关系，借助于两个系统发育重建方法（最大似然法和贝叶斯法）对线粒体蛋白质编码基因的氨基酸序列进行系统发育分析。研究结果均支持苔藓动物为冠轮动物，且位于冠轮动物的内部。基于线粒体基因组数据显示，所有苔藓动物构成一个进化枝，支持苔藓动物为单系群。裸唇纲是苔藓动物门中的最大的一个纲，通常分为2个目：柔软组织的栉口目和钙化组织的唇口目。然而，这两个目是否是单系群一直受到质疑。基于线粒体基因组的数据，支持唇口目并非单系群，并且支持率非常高，值得进一步深入探究。