全 文 :
第42卷 第12期
2012年12月
中 国 海 洋 大 学 学 报
PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA
42(12):039~048
Dec.,2012
四种红翎菜科红藻的分子系统学研究
*
刘 涛,孙 琰,金月梅,刘 翠,张 磊,张 思
(中国海洋大学海洋生命学院,山东 青岛266003)
摘 要: 红翎菜科海藻藻体形态结构多样,部分个体在长期进化过程中发生了形态特征的变异,其分类学一直是研究的
热点和难点。本研究选取了23Sribosomal RNA gene(UPA)、cox2-3和rbc spacer 3个片段运用PCR扩增的方法研究了
红翎菜科4种海藻的序列结构特征,结果表明琼枝、卡帕藻属2种海藻和麒麟菜的UPA长度均为326bp,GC含量46.0%~
46.3%;cox2-3序列长度分别为141、139和141bp,GC含量19.3%~23.7%;rbc spacer序列长度分别为93、93和94bp,
GC含量22.3%~23.7%。利用PAUP软件分别用邻接法(NJ)、最大似然法(ML)和最大简约法(MP)对红翎菜科海藻进
行系统发育分析,结果表明3个属海藻均可以通过UPA、cox2-3和rbc spacer 3个片段得到有效的区分,并且这3个片段
也均可进一步将卡帕藻属2个种区分开来。本文在分析基因片段的基础上,比较了3个属不同物种间的信息位点,为分子
系统学研究提供了一定的数据支持。
关键词: 麒麟菜;卡帕藻属;琼枝;UPA;cox2-3;rbc spacer;系统发育
中图法分类号: Q31 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2012)12-039-10
麒麟菜属(Eucheuma)、卡帕藻属(Kappaphycus)
和琼枝属(Betaphycus)在分类学上系红藻门(Rhodo-
phyta)、真红藻纲(Florideophyceae)、杉菜目(Gigarti-
nales)、红翎菜科(Solieriaceae),是重要的产卡拉胶的
经济海藻[1]。在我国,主要分布在海南岛、西沙和南沙
群岛以及台湾岛等地。
由于琼枝属、卡帕藻属和麒麟菜属海藻形态结构
多样,且在长期进化过程中受到不同环境和培养时间
的影响发生了形态特征的变异,使得其分类学研究成
为目前研究的难点[2-4]。以往根据形态学和解剖学特
征等传统的分类方法来对其进行种质鉴定。而随着物
种的进化,此方法在对于形态变异大的藻株鉴定时遇
到了一定困难。同时,部分物种的海藻个体差异相对
较小,种质区分界限较模糊,也给鉴定造成了一定困
难。
随着分子生物学技术的迅速发展,分子生物学工
具的开发与运用对传统的形态学分类起到越来越多的
辅助作用。目前,广泛应用于藻类系统发育学研究的
基因片段主要有:核糖体18S与28S之间的非编码转
录 间 隔 区 (ITS)[5],23S ribosomal RNA gene
(UPA)[6],线粒体中的cox1[7],cox2-3[8],叶绿体中的
rbcL[9]和rbc spacer[10]基因等。1995年,Lluisma[2]等
人通过核SSU-rRNA基因片段对采自菲律宾的麒麟
菜属和卡帕藻属海藻进行了分析,认为此基因片段可
能会对区分麒麟菜属海藻的不同种群提供可靠依据。
1999年,Fredericq[11]等人对红翎菜科的37个类群的
海藻进行过rbcL基因的分析,将其划分为7个类群,
并对麒麟菜属和卡帕藻属的系统分类学关系进行了阐
述。2009年,Conklin[8]等人对采自夏威夷的15份涉
及麒麟菜属和卡帕藻属的样品进行了 LSU、cox1、
cox2-3等片段的分析,认为这3种片段均可以将这2
个属明显的分开。本文在上述研究的基础上,利用
cox2-3、UPA和rbc spacer 3个基因片段对采自印度尼
西亚、越南、中国海南等地的9份海藻样品进行分析,
比较其序列结构特征,同时结合GenBank中的同属海
藻的基因序列构建红翎菜科海藻的系统发育树,探讨
了物种间的亲缘关系和系统分类地位,该研究为红翎
菜科的物种的分子系统学研究提供了更多新的数据。
1 材料和方法
1.1实验材料
实验材料由中国海洋大学大型海藻种质库提供。
材料包括印度尼西亚、越南、中国海南等地的9份海藻
样品(样品详细信息和GenBank登录号见表1)。样品
形态学和解剖学图版见图1。
* 基金项目:国家科技基础性工作专项项目(2007FY210500,200805075);广东省科技攻关项目(2010B060200010,2010B020201015)资助
收稿日期:2011-11-17;修订日期:2012-04-26
作者简介:刘 涛(1975-),男,副教授。E-mail:liutao@ouc.edu.cn
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 2年
表1 实验材料及GenBank数据信息
Table 1 Information of samples used in this study and data downloaded from GenBank
物种
Species
GenBank获取号 GenBank Accession No. 备注 Remarks
UPA cox2-3 rbc spacer
样品编号
No.
采集地点
Locality
采集时间
Data
B.gelatinae JN854266 JN854256 JN854276 200905058 中国海南 2009-05-09
K.alvarezii JN854269 JN854259 JN854279 200905061 越南 2009-05-09
K.alvarezii JN854270 JN854260 JN854280 200905062 越南 2009-05-09
K.alvarezii JN854271 JN854261 JN854281 200905063 越南 2009-05-09
K.alvarezii - JN854263 JN854283 200911052 印度尼西亚 2009-11-09
K.alvarezii JN854275 JN854265 JN854285 200911003 越南 2009-11-09
K.alvarezii -
JN234759*
JN234760*
JN234761*
JN234762*
- Thien等,Unpublished
-
AF489866*
AF489867*
Lluisma等,Unpublished
AY687410[4]
AY687413[4]
AY687415[4]
2006,Zuccarelo等[4]
K.striatum -
JN554862*
JN234763*
JN234764*
JN234765*
- Thien等,Unpublished
Kappaphycus sp. JN854268 JN854258 JN854278 200905060 印度尼西亚 2009-05-09
Kappaphycus sp. JN854274 JN854264 JN854284 200911053 印度尼西亚 2009-11-09
Kappaphycus sp.
FJ554864[8]
FJ554866[8]
FJ554867[8]
FJ554868[8]
FJ554869[8]
FJ554870[8]
FJ554871[8]
FJ554873[8]
FJ554874[8]
FJ554875[8]
- - 2009,Conklin等[8]
HQ421393[12] - - 2010,Sherwood等[12]
-
FJ554860[8]
FJ554861[8]
JN234766[8]
- 2009,Conklin等[8]
E.denticulatum
JN854272 JN854262 JN854282 200911027 印度尼西亚 2009-11-09
FJ554863[8]
FJ554865[8]
FJ554872[8]
- - 2009,Conklin等[8]
-
JN234756*
JN234757*
JN234758*
- Thien等人,Unpublished
- FJ554859[8] - 2009,Conklin等[8]
- -
AY687411[4]
AY687412[4]
AY687414[4]
2006,Zuccarelo等[4]
Eucheumasp. - FJ561733[8] - 2009,Conklin等[8]
G.gracilis - GQ229501[13] - 2010,Destombe等[13]
(注:B.:Betaphycus琼枝属,K.:Kappphycus卡帕藻属,E.:Eucheuma麒麟菜属,G.:Gracilaria江蓠属,下文也按此法简写。*:未发表的文章数据。
Note:B.:Betaphycus,K.:Kappphycus,E.:Eucheuma,G..:Gracilaria.The folowing is according to this abbreviation.*:Datas of the works
unpublished.)
04
12期 刘 涛,等:四种红翎菜科红藻的分子系统学研究
(注:从A到I分别代表9份样品,编号依次为:200905058、200905060、
200905061、200905062、200905063、200911027、200911052、200911053、
200911003;1~3分别为:外观形态学照片、样品横切面观、样品纵切面
观。Note:From A to I respectively represent the nine samples,folowed
by the number: 200905058、200905060、200905061、200905062、
200905063、200911027、200911052、200911053、200911003;1~3respec-
tively represent:Morphological pictures、Transverse pictures and Longi-
tudinal pictures.)
图1 样品图片
Fig.1 Pictures of samples
1.2DNA的提取
实验材料为新鲜藻体,提取DNA前用消毒海水将
藻体清洗干净。每份样品取1.2g经液氮研磨后,采用
改良CTAB[14]法提取DNA。经1%的琼脂糖凝胶电
泳SYBRGreenⅠ染色检测并用 NanoDrop ND-1000
仪器测定浓度。
1.3UPA、cox2-3、rbc spacer的PCR扩增反应
扩增 UPA、cox2-3、rbc spacer片段的引物信息见
表2。PCR体系和反应程序如下,PCR所用试剂均购
自TaKaRa宝生物工程(大连)有限公司。
UPA:PCR 反应体系为 ddH2O 11.1μL,10×
Buffer 4.0μL,dNTP(2.0mmol/L)1.0μL,Perimer-F
(10μmol/L)1.0μL,Perimer-R(10μmol/L)1.0μL,
Template(50ng/μL)1.5μL,rTaq (5U/μL)0.4μL。
PCR扩增程序94℃预处理2min后,在94℃变性
20s,56℃复性30s,72℃延伸30s的条件下进行35
个循环,最后在72℃下延伸10min。
cox2-3:PCR反应体系为ddH2O 29.5μL,10×Bufer
(Mg2+ Free)5.0μL,dNTP (2.0mmol/L)3.0μL,
BSA(1%)5.0μL,Mg
2+(25mmol/L)5.0μL,Perimer-F
(10μmol/L)0.5μL,Perimer-R(10μmol/L)0.5μL,
Template(50ng/μL)1.0μL,rTaq(5U/μL)0.5μL。
PCR扩增程序94℃预处理4min后,在93℃变性
1min,45℃复性1min,72℃延伸1min的条件下进
行5个循环,接着在93℃变性30s,55℃复性30s,
72℃延伸30s的条件下进行30个循环,最后在72℃
下延伸5min。
rbcspacer:PCR反应体系ddH2O 31.5μL,10×Buf-
er(Mg2+ Free)5.0μL,dNTP(2.0mmol/L)5.0μL,
Mg2+(25mmol/L)5.0μL,Perimer-F(10μmol/L)
0.5μL,Perimer-R (10μmol/L)0.5μL,Template
(50ng/μL)2.0μL,rTaq(5U/μL)0.5μL。PCR扩
增程序94℃预处理5min后,在94℃变性1min,
55℃复性2min,72℃延伸2min的条件下进行30个
循环,最后在72℃下延伸10min。
1.4序列测定及数据处理
PCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳后,运用TIAN-
gel Midi Purification Kit试剂盒(北京天根生化科技有
限公司)胶回收目的条带,将纯化后的 PCR产物与
pMD-19T载体(TaKaRa宝生物工程(大连)有限公司)
连接,连接产物转化E.coli TOP10感受态(北京天根
生化科技有限公司),在LB-Amp(含氨苄青霉素)平板
上培养,进行蓝白斑筛选,挑取阳性克隆,为保证准确
性每个片段选取了3~5个克隆,送上海英骏生物技术
有限公司测序。
14
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 2年
表2 UPA、cox2-3、rbc spacer引物信息
Table 2 Primers informations of UPA、cox2-3and rbc spacer
基因名称
Name of genes
序列
Primers sequence
来源
Source
UPA
p23SrV_f1:5’-GGACAGAAAGACCCTATGAA-3′
p23SrV_r1:5′-TCAGCCTGTTATCCCTAGAG-3′
文献[6]
cox2-3
cox2-for:5′-GTACCWTCTTTDRGRRKDAAATGTGATGC-3′
cox3-rev:5′-GGATCTACWAGATGRAAWGGATGTC-3′
文献[15]
rbc spacer
F-939:5′-TTCCGTGTAATTTGTAAGTGG-3′
R-rbcS start:5′-TGTGTTGCGGCCGCCCTTGTGTTAGTCTCAC-3′
文献[16]
将测序所得序列进行拼接和校正,拼接后的序列
通过blast比对确定基因序列两端准确位置。同时从
GenBank中下载红翎菜科海藻的相关序列(见表1),
所有序列通过ClustalW 1.83软件进行比对,应用Bi-
oEdit 7.0.0软件对序列进行人工编辑。应用 MEGA
4.0软件计算其相对遗传距离。运用PAUP 4.0[17]软
件在 Modeltest 3.7中计算不同核酸替代模型的似然
值并筛选出最适核酸替换模型,最终按 Akatke Infor-
mation Criterion(AIC)结果得到的最适核酸替换模型
利用以上数据在PAUP 4.0中依据邻接法(Neighbor
joining,NJ)和最大似然法(Maximum likelihood,ML)
构建系统树,自举值Bootstrap为1 000次重复。依据
最大简约法(Maximum parsimony,MP)构建系统树时
在PAUP 4.0中采用启发式搜索(Heuristic search)的
逐步加入式算法 (Stepwise addition)分支交换法
(Branch swapping algorithm)设定为树二等分再连接
算法(Tree bisection reconnection,TBR),每轮搜索最
大尝试次数为1 000次,每步保留20个树,自举值
Bootstrap为1 000次重复。
2 结果与分析
2.1 3个基因片段的序列结构特征
3个片段的序列结构特征见表3。序列最长的为
UPA基因,其长度为326bp,其次是cox2-3,片段长度
为139~141bp,最短的为rbc spacer,其长度为93~
94bp。同时 UPA 的 GC 含量最高,为 46.0% ~
46.3%,其次是rbc spacer,GC含量22.3%~23.7%,
最低的为cox2-3,为19.3%~23.7%。
表3 序列结构信息列表
Table 3 Sequence structure information list
物种
Species
UPA cox2-3 rbc spacer
长度①/bp GC含量②/% 长度①/bp GC含量②/% 长度①/bp GC含量②%
琼枝B.gelatinae 326 46.3 141 21.3 93 23.6
长心卡帕藻K.alvarezii 326 46.3 139 23.7 93 23.7
卡帕藻属未知种Kappaphycus sp. 326 46.0 139 20.7 93 22.6
麒麟菜E.denticulatum 326 46.3 141 19.3 94 22.3
①Length;② GC content
2.2物种间碱基差异
通过解读每个片段的基因信息,分析了不同物种
的碱基差异后,归纳了4个物种各片段之间的信息位
点差异。去除gap后,3个片段的信息位点分布分别见
图2,3,4。同时统计信息位点结果(见表4)表明,cox2-3
片段信息位点最多,其他2个片段的信息位点相近。
在UPA序列中,卡帕藻属2个物种的信息位点较其他
2个物种多,为5个,其次是琼枝和麒麟菜,均为4个;
在cox2-3序列中,卡帕藻属2个物种的信息位点数最
多,为24个,其次是麒麟菜21个,最少的为琼枝16
个;在rbc spacer序列中,琼枝的信息位点最多,为7个,
其次是麒麟菜6个,最少的为卡帕藻属2个物种为2个。
24
12期 刘 涛,等:四种红翎菜科红藻的分子系统学研究
(注:B.gelatinae为JN854266序列,K.alvarezii为JN854269-JN854271、JN854275的序列,序列一致无变异;Kappaphycus sp.为JN854268、
JN854274、FJ554864、FJ554866、FJ554868、FJ554870、FJ554871、FJ554873-FJ554875的序列,序列一致无变异;E.denticulatum 为JN854272、
FJ554863、FJ554865、FJ554872的序列(其中JN854272在225bp处一个碱基由T变异为C,因此此位点忽略),序列一致无变异。
Note:B.gelatinaeis the sequence of JN854266,K.alvarezii contains the sequences of JN854269to JN854271and JN854275,Kappaphycus sp.contains
the sequences of JN854268、JN854274、FJ554864、FJ554866、FJ554868、FJ554870、FJ554871and FJ554873to FJ554875,E.denticulatumcontains the se-
quences of JN854272、FJ554863、FJ554865、FJ554872(in JN854272,a base mutated from T to C at the site 225bp,so the site was ignored.).)
图2 基于UPA基因片段的信息位点
Fig.2 The information sites of the UPA gene fragment
表4 信息位点归纳表
Table 4 The statistic table of information sites
物种Species UPA cox2-3 rbc spacer
物种间信息位点个数
The number of information sites among species
B.gelatinae 4 14 7
E.denticulatum 4 21 6
Kappaphycus 5 24 3
种内信息位点个数
The number of information sites in species
K.alvarezii与
Kappaphycus sp.
1 3 1
34
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 2年44
12期 刘 涛,等:四种红翎菜科红藻的分子系统学研究
2.3 3个基因片段的序列分析
种间和种内遗传距离见表5。通过遗传距离显示,
cox2-3片段种间和种内遗传距离最明显,其次是rbc
spacer,最小的为 UPA 片段。同时种内遗传距离显
示,长心卡帕藻在3个基因片段中均为0.000,而卡帕
藻属未知种除了在cox2-3中显示为0.007外,在其他
2个基因片段中显示的遗传距离也均为0.000。
表5 遗传距离统计表
Table 5 Genetic distance statistics table
物种Species UPA cox2-3 rbc spacer
不同物种间遗传距离
Genetic distance among species
B.gelatinae与E.denticulatum 0.028 0.339 0.172
B.gelatinae与Kappaphycus 0.028~0.031 0.397 0.116~0.129
E.denticulatum与Kappaphycus 0.031~0.035 0.463 0.106~0.120
K.alvarezii与Kappaphycus sp. 0.003 0.030 0.011
种内遗传距离
Genetic distance in species
K.alvarezii 0.000 0.000 0.000
Kappaphycus sp. 0.000 0.007 0.000
(▲代表本实验样品;基因序列号见表1。▲represents the test samples;GenBank Accession No.in table 1.)
图5 基于cox2-3片段的系统发育树(MP树)
Fig.5 Phylogenetic tree based on the cox2-3fragment
54
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 2年
采用3种分析方法(NJ,MP,ML)分别构建了基于
UPA、cox2-3、rbc spacer片段的系统发育树,不同方法
所获得的系统树在拓扑结构上基本一致,仅在自展支
持率上略有差异。因此本文仅列出用 MP方法构建的
树型。启发式搜寻后最终获得1个最优简约树,步长
为79,最适模型为 K81uf+I,一致性指数(CI)和严格
性指数(RI)分别是0.873和0.964。每个基因片段都
选择了一个江蓠属海藻(见表1)的相应序列在建树时
作为外群。由于3个基因片段均能将实验材料所涉及
的3个属明显的区分开来,因此只列出cox2-3片段的
系统发育图(见图5)。其中江蓠属海藻G.gracilis作
为外群被聚在最外支,所有红翎菜科海藻被分为3个
大支,分别为麒麟菜属一支,卡帕藻属一支,琼枝属一
支。同时,这3个支的自展支持率很高,为97%~
100%。在卡帕藻属的大支上,又分为3个小枝,一支
为长 心 卡 帕 藻 K.alvarezii,包 含 本 实 验 样 品
(JN854259、 JN854260、 JN854261、 JN854263、
JN854265),自展支持率为82%,一支为异枝卡帕藻
K.striatum,包含本实验样品(JN854264、JN854258),
自展支持率为60%,一支为卡帕藻属另一未知种
Kappaphycus sp.,自展支持率为69%。在麒麟菜属
的大支上,也分为2个小支,一支包含本实验样品
(JN854262)的麒麟菜E.denticulatum,自展支持率为
100%,另一支则包含麒麟菜E.denticulatum 和麒麟
菜属的一个未知种Eucheuma sp.,自展支持率为
62%。琼枝属海藻仅有本实验样品数据(JN854256)。
3 讨论
3.1 3种基因序列结构的分析
通过分析cox2-3、rbc spacer基因间隔区的片段长
度,琼枝和麒麟菜在cox2-3片段长度上比卡帕藻属2
个种海藻均多出2个碱基(琼枝属多出 A,A,麒麟菜
属多出A,T)。麒麟菜在rbc spacer片段长度上比其
他3个物种多出一个碱基(A)。因此,序列长度上表现
出了一定的物种差异。通过分析3个片段的基因序列
结构表明,编码蛋白的 UPA片段 GC含量明显高于
cox2-3和rbc spacer基因间隔区的片段,体现出编码基
因在结构中的稳定性要高于非编码基因,UPA 片段
GC含量最高,最低的为cox2-3片段。而卡帕藻属的
长心卡帕藻在cox2-3、rbc spacer片段上表现出比其他
物种略高的GC含量,特别是在对卡帕藻属2个不同
种的比较的上发现,长心卡帕藻的 GC含量略高于卡
帕藻属未知种,在cox2-3、rbc spacer片段上表现得较
为明显,因此,GC含量的差异也可成为2个种区分的
依据。
3.2信息位点的发掘
在本研究中,比较了4个物种在 UPA、cox2-3、rbc
spacer片段中信息位点差异。其中cox2-3片段序列中
存在的信息位点最多,反映出较大的遗传变异幅度。
不同物种之间的信息位点为3~24个不等,而卡帕藻
属的2个种之间的信息位点仅为1~3个,这反映出卡
帕藻属这2个种间的遗传变异较小。cox2-3片段在琼
枝中有16个信息位点,在卡帕藻属2个种中有24个
信息位点,在麒麟菜中有21个信息位点,表明在此片
段上的属间遗传变异幅度较大。而另2个片段在4个
不同物种之间的信息位点3~7个不等,表明在其遗传
变异幅度较小。
3.3基于3种基因序列构建的系统进化树的分析
基于UPA、cox2-3和rbc spacer 3个基因片段构
建的系统进化树均能对实验材料所涉及的3个属即琼
枝属、卡帕藻属和麒麟菜属进行很好的区分,同时也可
将卡帕藻属的2个种分开。
通过比较遗传距离发现,UPA片段较其他2个片
段的遗传距离数值明显偏低,表明实验材料种间和种
内的遗传变异较小。在2008年Conklin等人[8]也分析
了麒麟菜属和卡帕藻属的UPA片段,均发现虽然2个
属之间有明显的差异,但是属内变异范围极小。可见,
本实验研究结果与之前报道的 UPA片段的分析结果
相似。Conklin等人分析了麒麟菜属和卡帕藻属15个
样品的cox2-3片段,虽能将2个属区分开,但是材料中
有些物种由于当时研究数据较少的限制没有鉴定到
种。在本研究中,基于cox2-3构建的系统发育树可将
3个属明显区分,且3个属的分支上自展支持率都达到
98%,得到了较高的可信度。在遗传距离上cox2-3基
因种内变异范围仅为0.000~0.007,但是种间变异范
围较大,在0.339~0.463之间。另有研究指出,rbc
spacer片段对于系统分析来说太短而且区分度不好。
而本研究中,基于rbc spacer建立的系统树也对3个属
做了较好的区分,同时也将卡帕藻属中的2个种区分
开来。另外,在基于cox2-3和rbc spacer的系统发育
树中表明实验样品的卡帕藻属未知种(200905060与
200911053)均与异枝卡帕藻K.striatum聚在一起,但
是仅有2个片段的分子证据还不足以确定其分类地
位,因此这2个未知种的进一步鉴定还有待商榷。
对于红藻门的海藻,研究片段主要集中在核糖体
18S与28S的非编码转录间隔区(ITS),UPA,线粒体
的coxⅠ,cox2-3spacer片段,以及叶绿体rbcL、rbc
spacer基因片段等。之前的研究发现,ITS[18]、rbcL[11]
等基因均可将麒麟菜属和卡帕藻属明显的区分。但前
人研究均不包含琼枝属海藻。本研究选择了目前在红
翎菜科琼枝属、卡帕藻属和麒麟菜属中研究较少的
UPA、cox2-3、rbc spacer片段进行实验,通过多个片段
64
12期 刘 涛,等:四种红翎菜科红藻的分子系统学研究
综合分析比较,也得到了可以将3个属的海藻明显区
分的可信度较高的实验结果。
3.4卡帕藻属海藻的特点
本研究中的长心卡帕藻海藻涉及印度尼西亚
(200911052)(见表1),越南(200905061,200905062、
200905063和200911003)。其中在藻体颜色上有所差
异,如来自越南的藻体呈黄绿色(200905061)或红褐色
(200905062、200905063和200911003),来自印度尼西
亚藻体呈嫩绿色 (200911052)。但是本研究通过
UPA、cox2-3、rbc spacer基因片段序列比对后,其遗传
距离为0.000~0.002之间,变异范围极小。根据2006
年Zuccarelo[4]等人的研究结果表明,其所研究3个类
群的长心卡帕藻,即一个世界范围内的养殖群体(26个
个体)和分别来自非洲(1个个体)和夏威夷(14个个
体)的2个野生群体通过cox2-3基因片段可以明显的
区分开,表明养殖群体和野生群体的种间存在差异,但
是同一个养殖群体或同一个地理种群的个体间变异
小,此外这3个类群的长心卡帕藻作为同一个种与另
一个种K.striatum分开。因此,体色的差异有可能是
由于无性繁殖过程中的突变造成的。
在本研究中还发现,卡帕藻属未知种Kappaphy-
cus sp.(200905060 和 200911053)与 K.striatum
(JN234763、JN234764、JN234765)在cox2-3序列中的
遗 传 距 离 为 0.000~0.015,而 与 K.striatum
(AY687416)在 rbc spacer序列中的遗传 距 离 为
0.000,均小于种间差异,即从系统发育进化关系来看,
二 者 的 遗 传 关 系 较 近,但 Kappaphycus sp.
(200905060和200911053)藻体表面光滑,无疣突,形
态学特征与异枝卡帕藻K.striatum 不符。这可能与
这2种卡帕藻的分化时间以及地位有关,还有待于进
一步的研究。
3.5前景展望
分子系统学发展为进一步进行系统进化、物种鉴
定以及不同生态型划分提供了有力的工具。但是海藻
属于植物界原始的生物类群,其存在着同源起源和平
行演化的独特进化路线,另外,其发生在线粒体、叶绿
体之间的内共生现象,使其系统进化研究存在着很高
的复杂性,在未来的工作中,进一步从多个基因序列以
及全基因组角度进行比较分析,将有助于客观和准确
的揭示海藻系统进化关系。
参考文献:
[1] 夏邦美,张峻甫.中国海藻志 [M].北京:科学出版社,1999:
115-132.
[2] Lluisma A O,Ragan M A.Relationships among Eucheumadentic-
ulatum,Eucheuma isiforme,and Kappaphycus alvarezii(Gigar-
tinales,RhodoPhyta)based on nuclear ssu-rRNA gene sequences
[J].Journal of Applied Phycology,1995,7:471-477.
[3] Conklin E J,Smith J E.Abundance and spread of the invasive red
algae,Kappaphycus spp.,in Kane'ohe Bay,Hawai and an ex-
perimental assessment of management options[J].Biological In-
vasions,2005,7:1029-1039.
[4] Zuccarelo G C,Critchley A T,Smith J E,et al.Systematics and
genetic variation in commercial Kappaphycusand Eucheuma(So-
lieriaceae,Rhodophyta)[J].Journal of Applied Phycology,2006,
18:643-651.
[5] Yoon H S,Lee J Y,Boo S M,et al.Phylogeny of alariaceae,
laminariaceae,and lessoniaceae(phaeophyceae).based on plastid-
encoded ruBisCo spacer and nuclear-Encoded ITS sequence com-
parisons[J].Molecular Phylogenetics and Evolution,2001,21
(2):231-243.
[6] Sherwood A R,Presting G G.Characterizing green algal biogiver-
sity of Hawaian reef and estuarine communities:expansion of the
sequence diversity assessment framework to distinguish native
from alien genotypes[R].Hawai:University of Hawai,2007.
[7] Lane C E,Lindstrom S C,Saunders G W.A molecular assess-
ment of northeast Pacific Alaria species (Laminariales,Phaeo-
phyceae)with reference to the utility of DNA barcoding[J].Mo-
lecular phylogenetics and evolution,2007,44:634-648.
[8] Conklin K Y,Kurihara A,Sherwood A R.A molecular method
for identification of the morphologicaly plastic invasive algal gene-
ra Eucheuma and Kappaphycus (Rhodophyta,Gigartinales)in
Hawai[J].Journal of applied phycology,2009,21(6):691-699.
[9] Yang E C,Kim M S L,Geraldion P J,et al.Mitochondrial cox1
and plastid rbcL genes of Gracilaria vermiculophylla (Gracilari-
aceae,Rhodophyta)[J].Journal of applied phycology,2008,20:
161-168.
[10] Brodie J,Mortensen A M,Ramirez M E,et al.Making the
links:towards a global taxonomy for the red algal genus Por-
phyra(Bangiales,Rhodophyta)[J].Journal of applied phycolo-
gy,2008,20(5):939-949.
[11] Fredericq S,Freshwater D W,Hommersand M H.Observations
on the phylogenetic systematics and biogeography of the Solieri-
aceae(Gigartinales,Rhodophyta)inferred from rbcL sequences
and morphological evidence [J].Hydrobiologia,1999,398/
399:25-38.
[12] Sherwood A R,Kurihara A,Conklin K Y,et al.The Hawaian
Rhodophyta Biodiversity Survey (2006-2010):a summary of
principal findings[J].BMC Plant Biology,2010,10:258.
[13] Destombe C,Valero M,Guilemin M L.Delineation of Two Sib-
ling Red Algal Species,Gracilaria Gracilis and Gracilaria Dura
(Gracilariales,Rhodophyta),Using Multiple DNA Markers:
Resurrection of the Species G.Dura Previously Described in the
Northern Atlantic 200Years Ago[J].Journal of Phycology,
2010,46(4):720-727.
[14] 孙晓宇,罗丹,赵翠,等.不同保存条件下五种大型海藻的DNA
提取和PCR分析[J].分子植物育种(网络版),2011,9:1680-
1691.
[15] Zuccarelo G C,Burger G,West J A,et al.Amitochondrial
marker for red algal intraspecific relationships:variable within
populations and maternaly inherited[J].Mol Ecol,1999a,8:
1443-1448.
74
中 国 海 洋 大 学 学 报 2 0 1 2年
[16] Freshwater D W,Rueness J.Phylogenetic relationships of some
European Gelidium (Gelidiales,Rhodophyta)species,based on
rbcL nucleotide sequence analysis[J].Phycologia,1994,33
(3):187-194.
[17] Swofford D L.PAUP.Phylogenetic analysis using parsimony
(and Other Methods).Version 4.[CP].Sinauer Associates,
Sunderland,Massachusetts,2002.
[18] ZHAO Sufen,HE Peimin.Molecular identification based on ITS
sequences for Kappaphycus and Eucheuma cultivated in China
[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology,2011,29:
1287-1296.
Study on Molecular Systematics of Four Seaweed Species
in Family Solieriaceae(rhodophyta)
LIU Tao,SUN Yan,JIN Yue-Mei,LIU Cui,ZHANG Lei,ZHANG Si
(Colege of Marine Life Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)
Abstract: The taxonomy of seaweed species in family solieriaceae seaweeds has long been a chalenge;
they varied highly in morphological characteristics and might have accumulated diverse mutations during
evolution.In this study,three fragments,23Sribosomal RNA gene(UPA),mitochondrial cox2-3and
chloroplast rbc spacer of the 4species were amplified,sequenced and used to determine their systematic
positions.The amplified fragment of UPA was 362bp in length in al species studied and its GC content
varies from 46%to 46.3%.The fragment of cox2-3was 141bp,139bp and 141bp in length in genus Be-
taphycus,Kappaphycus and Eucheuma,respectively,and its GC content varies from 19.3%to 23.3%.
The spacer of rbc was 93bp,93bp and 94bp in length in genus Betaphycus,Kappaphycus and Eucheu-
ma,espectively,and its GC content varies from 22.3%to 23.7%.As found in PAUP analysis,genus
Eucheuma,Kappaphycus and Betaphycus were obviously distinguishable each other,and 2species in ge-
nus Kappaphycus can be separated with the 3fragments amplified.In addition,the varying positions
within 3fragments each among 4species wil provide supportive information for relative biological stud-
ies.
Key words: Eucheuma;Kappaphycus;Betaphycus;UPA;cox2-3;rbc spacer;phylogeny
责任编辑 朱宝象
84