海洋生物学

海南三亚鹿回头虫黄藻(Effrenium voratum)的形态学和系统发育学研究*

  • 龙超 , 1, 2, 3 ,
  • 罗肇河 4 ,
  • 韦章良 1, 3, 5 ,
  • 杨芳芳 1, 3, 5 ,
  • 李茹 1 ,
  • 龙丽娟 , 1, 3, 5
展开
  • 1.中国科学院热带海洋生物资源与生态重点实验室(中国科学院南海海洋研究所), 广东 广州 510301
  • 2.中国科学院大学, 北京 100049
  • 3.南方海洋科学与工程广东省实验室(广州), 广东 广州 511458
  • 4.自然资源部第三海洋研究所, 福建 厦门 361005
  • 5.海南省热带海洋生物技术重点实验室(三亚中科海洋研究院), 海南 三亚 572024
龙丽娟。email:

龙超(1984—), 男, 湖北省黄冈市人, 博士研究生, 研究方向为海洋生物学。email:

Copy editor: 姚衍桃

收稿日期: 2020-09-10

  修回日期: 2020-11-05

  网络出版日期: 2020-11-16

基金资助

南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0404)

中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA13020203)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。

Morphology and phylogeny of zooxanthellae Effrenium voratum from Luhuitou reef in Sanya, Hainan province

  • LONG Chao , 1, 2, 3 ,
  • LUO Zhaohe 4 ,
  • WEI Zhangliang 1, 3, 5 ,
  • YANG Fangfang 1, 3, 5 ,
  • LI Ru 1 ,
  • LONG Lijuan , 1, 3, 5
Expand
  • 1. CAS Key Laboratory of Tropical Marine Bio-resources and Ecology (South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences), Guangzhou 510301, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 3. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou 511458, China
  • 4. Third Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Xiamen 361005, China
  • 5. Hainan Provincial Key Laboratory of Tropical Marine Biology Technology (Sanya Institute of Oceanology Chinese Academy of Sciences), Sanya 572024, China
LONG Lijuan. email:

Copy editor: YAO Yantao

Received date: 2020-09-10

  Revised date: 2020-11-05

  Online published: 2020-11-16

Supported by

Key Special Project for Introduced Talents Team of Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou)(GML2019ZD0404)

Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA13020203)

Copyright

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摘要

本文对分离于我国海南三亚鹿回头海域的两株虫黄藻SYSC-14-11和SYSC-2-8进行了分类学研究。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和分子生物学方法描述了两株藻的形态和系统发育特征, 并与世界其他地理区系的Effrenium属虫黄藻进行了差异性比较, 发现本研究中的两株虫黄藻的形态和系统发育特征与Effrenium属虫黄藻模式种Effrenium voratum基本一致, 推测本文中的两株Effrenium属虫黄藻均为E. voratum。本研究丰富了我国热带海域虫黄藻的物种多样性, 为完善我国的虫黄藻种质资源奠定了基础。

本文引用格式

龙超 , 罗肇河 , 韦章良 , 杨芳芳 , 李茹 , 龙丽娟 . 海南三亚鹿回头虫黄藻(Effrenium voratum)的形态学和系统发育学研究*[J]. 热带海洋学报, 2021 , 40(4) : 35 -43 . DOI: 10.11978/2020102

Abstract

In this study, we analyzed taxonomy of two strains (SYSC-14-11 and SYSC-2-8) of zooxanthellae isolated from the Luhuitou reef region in Sanya. Morphological characteristics were determined by light microscope and scanning electron microscope, while phylogenetic analyses were constructed based on the sequences of the LSU rDNA and the internal transcribed spacer sequence (ITS2). The results showed that the morphological and phylogenetic characteristics of the two strains in the present study were basically consistent with Effrenium voratum reported in other geographical regions of the world. This study enriches the species diversity of zooxanthellae in the tropical coral reef ecosystems, and provides a solid foundation for further utilizing the resources of zooxanthellae.

*感谢中国科学院海南热带海洋生物实验站为本文珊瑚样品采集与虫黄藻分离提供了良好的实验平台。
珊瑚白化是一个全球性的生态环境问题, 近年来受到越来越多的关注(Berkelmans et al, 2006), 造成这一问题的关键因素可能与珊瑚共生的虫黄藻密切相关。这种内共生关系是珊瑚礁生态系统的一个重要特征, 珊瑚、海葵、砗磲贝、海绵等珊瑚礁生态系统重要功能生物均与虫黄藻共生互惠(Jones et al, 2008; LaJeunesse et al, 2009, 2010; Fisher et al, 2012)。虫黄藻可通过自身的光合作用, 吸收海洋无脊椎动物代谢产生的二氧化碳、磷酸盐、硝酸盐等, 进而转化为无脊椎动物所需要的营养, 同时还能促进部分宿主钙质骨骼的生成(Furla et al, 1998)。然而, 这种关键的互利共生关系对环境压力非常敏感, 一旦关系破裂, 宿主将失去虫黄藻, 并逐渐白化(Glynn, 1993), 甚至死亡。尽管虫黄藻对珊瑚礁生态系统的生态意义重大, 但有关其分类信息却鲜有报道, 极大地限制了人们对珊瑚-虫黄藻共生关系的基本理解。因此, 明确虫黄藻种类, 将有利于判断其在海洋无脊椎动物应对全球气候变化过程中的作用, 可为保护和恢复珊瑚礁生态系统提供科学依据。
虫黄藻是一个非分类学意义上的名称, 过去泛指任何呈黄褐色的内共生藻, 包括甲藻、硅藻、隐藻、金藻、红藻和其他鞭毛藻类, 甲藻是其中最常见的类群(Trench et al, 1987; Rowan, 1998), 现特指与海洋无脊椎动物共生的类似于裸甲藻的一类甲藻。共生藻科虫黄藻是最广泛存在的一类内共生藻, 部分藻类具有营自由生活、附生等多种生活方式, 宿主包括刺胞动物、有孔虫、放射虫、纤毛虫、软体动物和海绵等(Baker, 2003)。起初, 共生藻科仅包含一属, 即共生藻属(Symbiodinium), 该属在系统发育上包含9大分支, 每个大分支又细分为不同的小支系(Finney et al, 2010; LaJeunesse et al, 2011)。研究者将这9大分支定义为9个系群(Clades A-I)(Pochon et al, 2010)。由于共生藻属在系统发育上包含丰富的基因多样性, 且各系群间的遗传差异接近甚至大于其他甲藻中的属、科、目间的遗传差异, 已超出了属所能定义的范畴。因此, LaJeunesse等(2018)结合分子生物学、形态学以及宿主专一性等数据, 提出了将共生藻属提升为共生藻科的建议, 将原来的9个系群重新细分为15个不同的谱系(lineages), 将进化上不同的谱系定义为属, 并对其中7个属进行了正式的描述。
Effrenium属(原E系群)虫黄藻具有裸甲藻的形态, 且在培养过程中有很高比例的细胞处于运动状态, 以前常被研究者误认为是裸甲藻(Shao et al, 2004; Fan et al, 2007)。目前, 研究者已从太平洋温带地区的不同海域分离培养得到了大量Effrenium属虫黄藻, 其中大多数分离自海水中或大型藻类表面(Gou et al, 2003; Shao et al, 2004; Santos, 2004; Jeong et al, 2012; Yamashita et al, 2013), 少数分离自美国南加州的海葵(Anthopleura elegantissima) (LaJeunesse et al, 2000)和韩国济州岛的珊瑚(Alveopora japonica)(Jeong et al, 2012)。然而, 目前Effrenium属虫黄藻中仅有Effrenium voratum一个正式命名种, 该种作为模式种推进了Effrenium属的建立(LaJeunesse et al, 2018)。
共生藻科虫黄藻在系统发育上包含了数百个分支, 而正式命名的只有24种, 其中仅10种具有正式的形态学描述(LaJeunesse et al, 2018)。造成这一现状的主要原因在于虫黄藻难以培养, 且扫描电镜(Scanning electron microscopy, SEM)样品制备困难, 因此部分虫黄藻的鉴定仅能依靠遗传信息, 而缺少形态特征描述(Parkinson et al, 2015; Wham et al, 2017)。Jeong等(2014)通过行为学、形态学和遗传学方法, 对采集于西北、西南和东北温带太平洋海域的Effrenium属虫黄藻株进行了分析, 结果发现不同区域的Effrenium属虫黄藻之间的差异甚微, 所有证据均表明Effrenium属虫黄藻藻株实为同一物种, 并将其命名为E. voratum
我国研究人员曾在胶州湾(Gou et al, 2003; 朱霞 等, 2011)和珠江口(Shao et al, 2004)的海水样品以及西沙海域的鳞砗磲(张跃环 等, 2018)中发现了Effrenium属虫黄藻, 赵振鲁等(2019)利用E. voratum开展了相关的生理学研究, 但均未进行系统的分类和全面的形态学及系统发育学描述。此外, 国外研究表明, Effrenium属虫黄藻仅分布于太平洋的温带水域以及大西洋的地中海(Jeong et al, 2014), 而本文中的两个藻株分别分离自南海三亚鹿回头海域的丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)和柔枝鹿角珊瑚(Acropora tenuis), 属太平洋热带株系, 与当前国外研究者对Effrenium属虫黄藻地理分布的说法不一致。因此, 本文拟通过形态学和分子生物学方法, 对两株热带株系Effrenium属虫黄藻进行分类鉴定, 并对比世界其他温带海域藻株, 以明确不同地理株系Effrenium属虫黄藻的形态和遗传差异, 以期为虫黄藻的分类和珊瑚礁生态系统保护等共性问题提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 藻种分离与培养

于2017年8月在海南省三亚鹿回头海域(109°28′26.013″E, 18°12′43.556″N ), 水深1~2m处(大潮低潮位), 采集丛生盔形珊瑚和柔枝鹿角珊瑚样品。珊瑚样品用过滤灭菌海水冲洗后, 刮取珊瑚骨骼表面组织, 震荡离心去上清, 获得虫黄藻沉淀。用毛细管分离法挑取单个虫黄藻细胞至96孔板中, 建立虫黄藻纯系。虫黄藻在f/2培养液、盐度为32‰、温度为25℃、光照强度为40μmol·m-2·s-1、明暗周期为14 h: 10 h的环境条件下培养。丛生盔形珊瑚和柔枝鹿角珊瑚中分离出的藻株编号分别为SYSC-14-11和SYSC-2-8。

1.2 形态学观察

1.2.1 光学显微镜观察
取1mL指数生长期藻株SYSC-14-11细胞培养液, 置于光学显微镜(Nikon, T-100, Japan)下观察并拍照, 使用Image-Pro Plus 6.0图像测量细胞的大小。
1.2.2 扫描电子显微镜观察
取10mL指数生长期藻株SYSC-14-11细胞培养液, 用孔径为5μm的滤膜富集, 加入2%的锇酸, 终浓度为0.3%~0.5%, 4℃过夜, 弃上清; ddH2O清洗两次, 重复此步骤三遍以去除锇酸。按乙醇10%、30%、50%、70%、80%、90%、95%、100%(重复2次)的比例各浸泡10min进行脱水处理后, 进行临界点干燥。干燥后小心地将藻粉撒到金属平台进行喷金, 置于扫描电镜(Zeiss/LEO, Oberkochen, Germany)下观察。

1.3 DNA提取和PCR扩增

离心收集指数生长期虫黄藻细胞培养液, 采用DNA提取试剂盒(OMEGA HP Plant DNA Kit), 按照使用说明对虫黄藻DNA进行提取。核糖体大亚基(LSU)基因片段利用引物28Sforward (5′-CCCG CTGAATTTAAGCATATAAGTAAGCGG-3′)和28Sreverse (5′-GTT AGA CTC CTTGGTCCGTGTTTCAAGA-3′)进行扩增, 反应程序为: 90℃预变性5min, 94℃变性1min, 60℃退火1min, 72℃延伸1min, 30个循环, 72℃延伸5min(Zardoya et al, 1995)。内转录间隔区(ITS2)基因片段利用引物ITS intfor2 (5′-GAATTGCAGAACTCCGTG-3′)和ITS2 CLAMP (5′-GGGATCCATATGCTTAAGTTCAGCGGGT-3′)进行扩增, 反应程序为: 94℃预变性5min, 94℃变性30s, 55℃退火1min, 72℃延伸1min, 30个循环, 72℃延伸5min (Xiang et al, 2013)。PCR产物用1%琼脂糖凝胶电泳和溴化乙锭染色检测, 切胶纯化后送至美吉生物医药科技有限公司进行测序。

1.4 系统发育分析

将测得的序列用Blast进行同源搜索, 获得同源性较高的已知物种序列。应用Mega 7.0基于Kimura双参数法计算遗传距离, 采用邻接法(Neighbor-Joining, NJ)和最大似然法(Maximum Likelihood, ML)建立系统发育树。以自举检验(Bootstrap test)估计系统树分支节点的置信度, 检测1000次(Kimura, 1980)。

2 结果与分析

2.1 虫黄藻的形态特征

藻株SYSC-14-11为单细胞藻(图1), 不动细胞为球形, 运动细胞呈葫芦状, 体长10.4~15.6μm (13.5±1.1μm, n=97), 宽8.5~12.8μm(10.8±0.8μm, n=97)。细胞上壳略大于下壳, 两者之间由横沟相连, 细胞整体呈不对称结构。叶绿体呈棕黄色, 排列在细胞内壁边缘。每个细胞中央都有一个明显的球状蛋白核(图1b、1c), 细胞核位于上壳、下壳或两者之间的赤道上。对数期的虫黄藻大多数处于运动状态, 以上壳顶点为中心, 在固定位置进行高速旋转运动, 偶尔游动一小段距离后又开始旋转。
图1 藻株SYSC-14-11的光镜照片

a. 不动的球状细胞和运动的葫芦状细胞, 可见二分裂现象; b. 细胞背面观和侧面观, 可见蛋白核及细胞核分布; c. 细胞腹面观, 可见蛋白核及细胞核分布。N: 细胞核; PY: 球状蛋白核

Fig. 1 Light microscope (LM) images of strains SYSC-14-11.

a) Immobile globular cells and moving gourd-like cells, including binary dividing cells; b) dorsal view and side view, with pyrenoid and nucleus; and c) ventral view, with pyrenoid and nucleus. N: nucleus; PY: pyrenoid

藻株SYSC-14-11在白天光线充足条件下可在水体中均匀分布, 具有趋光性; 晚间部分细胞进入不动期, 呈球状。偶尔可见二分裂现象(图1a)。
藻株SYSC-14-11的甲板方程为: x, EAV, 4-5′, 5a, 8′′, 9s, 17-20c, 6′′′, 2′′′′。细胞上壳腹侧有一个单线长甲板型顶沟复合体(Elongate Apical Vesicle, EAV), 复合体长约2.2μm, 宽约0.2μm, 其上约有11个呈线型排列的瘤状凸起(图2a、2b)。从甲板排列来看, 顶沟复合体与细胞腹侧的x板以及第二至第五顶板(2′-5′)相连。顶板一般有5块, 第一顶板(1′)为七边形, 第二顶板(2′)和第五顶板(5′)为四边形, 第三顶板(3′)和第四顶板(4′)为五边形(图2a)。第一顶板(1′)相对较大, 壳板间连接相对复杂, 与小连接板(x)、第二顶板(2′)、第一间插板(1a)、第五间插板(5a)、第一沟前板(1′′)、第八沟前板(8′′)以及2个纵沟板(S)相连(图2a—2d)。此外, 样品中出现了具有4块顶板的细胞(图2b)。间插板连接顶板和横沟前板, 共有5块。其中, 第一间插板(1a)、第二间插板(2a)、第三间插板(3a)为六边形, 第四间插板(4a)为七边形, 第五间插板(5a)为五边形, 第四间插板(4a)和第五间插板(5a)相对较大(图2a—2d)。横沟前板共8块, 其中第一横沟前板(1′′)、第四横沟前板(4′′)、第六横沟前板(6′′)和第八横沟前板(8′′)为四边形, 第二横沟前板(2′′)、第三横沟前板(3′′)、第五横沟前板(5′′)和第七横沟前板(7′′)为五边形(图2a—2d)。横沟围绕细胞一周, 由2排五边形的板块交错连接而成, 数量尚不确定(图2c、2d)。横沟后板有6块, 除第三横沟后板(3′′′)为五边形外, 其他均为四边形。底板两块, 均为六边形, 其中第一底板(1′′′′)与第一至第三横沟后板(1′′′~3′′′)、第二底板(2′′′′)、沟后板(S.p.)和纵沟板(S)相连, 第二底板(2′′′′)与第三至第六横沟后板(3′′′~6′′′)、第一底板(1′′′′)、沟后板(S.p.)相连(图2e、2f)。
图2 藻株SYSC-14-11的扫描电镜照片

a. 顶面观, 可见单线长甲板型顶沟复合体(Elongate Apical Vesicle, EAV)和5块顶板, 可见连接板(x); b. 顶面观, 可见4块顶板; c. 顶侧腹面观, 可见横沟与横沟板(C)、纵沟与纵沟板(S); d. 背面观, 可见上锥部、横沟和下锥部; e. 底侧腹面观, 可见横沟和纵沟; f. 底面观, 可见下锥部、纵沟板(S)和沟后板(S.p.)

Fig. 2 Scanning electron microscope (SEM) images of strains SYSC-14-11.

a) Apical view showing Elongate Apical Vesicle, five apical plates and x plate; b) apical view showing four apical plates; c) apical-ventral view showing cingulum, cingulum plates, sulcus and sulcus plates; d) dorsal view showing episome, cingulum and hyposome; e) antapical-ventral view showing cingulum and sulcus; and f) antapical view showing hyposome, sulcus plates and posterior sulcal plate

2.2 虫黄藻的系统发育分析

将LSU和ITS2序列进行Blast同源检索, 结果发现, 与藻株SYSC-2-8和SYSC-14-11序列相似性最高的已正式命名的藻株为Effrenium voratum, 其他相似性更高的藻株序列多数来源于中国海域, 但均未正式命名, 多为环境样本。
基于对藻株SYSC-14-11和SYSC-2-8的LSU和ITS2序列进行Blast同源检索, 获得了A、B、C、D、E共5个系群的DNA序列, 其中包含已发表的26个LSU序列和27个ITS2序列。利用Mega建立系统发育树, 选取Polarella glacialis作为外群参考(图3图4)。LSU和ITS2的系统发育树结果均显示, 系群A~E形成了5个大的分支, 其中藻株SYSC-14-11和SYSC-2-8属于Effrenium属。基于LSU的系统发育树中, 本研究的两个藻株与世界其他地理区系的Effrenium属藻株聚成一支, 支持度为100%, 碱基组成差异为1~2个, 相似度高达99.33%~99.66%。基于ITS2的系统发育树中, 本研究的两个藻株与世界其他地理区系的Effrenium属藻株聚成一支, 支持度为100%。藻株SYSC-14-11和SYSC-2-8与珠江口藻株zhao01及中国胶州湾藻株G15序列碱基组成无差异, 与中国胶州湾藻株ZX11、新西兰藻株CCMP421、美国藻株rt-383、日本藻株TSP-C2-Sy及韩国已命名藻株E. voratum序列碱基差异为2~3个, 相似度达98.28%~100%。
图3 基于核糖体大亚基(LSU)序列构建的系统发育进化树

系统发育进化树采用最大似然法(ML)和邻接法(NJ)建立, 左侧node value值为ML, 右侧node value值为NJ。P. beii为外类群, 可信度检测1000次

Fig. 3 Maximum likelihood and neighbor-Joining phylogenetic tree based on LSU sequences with P. beii as outgroup. Bootstrap test (1000 replicates) are shown next to the branches as ML/NJ. For ML, mode/method: Kimura 2-parameter model; Rate among Sites: Gamma distributed with Invariant sites (G + I); No of Discrete Gamma Categories: 5; Gaps/Missing Data Treatment: Partial deletion; Site coverage cutoff: 95%; Select codon positions: 1st + 2nd + 3rd + Noncoding sites; ML Heuristic Method: nearest-neighbor-interchange (NNI). For NJ, mode/method: Kimura 2-parameter model; Substitutions to Include: d Transition + Transversions; Rate among Sites: Gamma Distributed (G); Gamma Parameter: 5, Pattern among Lineages: Same (Homogeneous); Gaps/Missing Data Treatment: Partial deletion; Site coverage cutoff: 95%; Select codon positions: 1st + 2nd + 3rd + Noncoding sites

图4 基于核糖体转录间隔区(ITS2)序列构建的系统发育进化树

系统发育进化树采用最大似然法(ML)和邻接法(NJ)建立, 左侧node value值为ML, 右侧node value值为NJ。P. beii为外类群, 可信度检测1000次

Fig. 4 Maximum likelihood and neighbor-Joining phylogenetic tree based on ITS2 region with P. beii as outgroup. Bootstrap test (1000 replicates) are shown next to the branches as ML/NJ. For ML, mode/method: Kimura 2-parameter model; Rate among Sites: Gamma distributed with Invariant sites (G + I); No of Discrete Gamma Categories: 5; Gaps/Missing Data Treatment: Partial deletion; Site coverage cutoff: 95%; Select codon positions: 1st + 2nd + 3rd + Noncoding sites; ML Heuristic Method: nearest-neighbor-interchange (NNI). For NJ, mode/method: Kimura 2-parameter model; Substitutions to Include: d Transition + Transversions; Rate among Sites: Gamma Distributed (G); Gamma Parameter: 5; Pattern among Lineages: Same (Homogeneous); Gaps/Missing Data Treatment: Partial deletion; Site coverage cutoff: 95%; Select codon positions: 1st + 2nd + 3rd + Noncoding sites

3 讨论

当前已报道的可培养共生藻科虫黄藻在形态特征上极其相似, 通过光学显微镜难以辨识其形态差异, 但不同系群虫黄藻的大小存在一定的差异。如Effrenium属中的E. voratum细胞个体明显大于其他系群虫黄藻, 藻株SvFL1和CCMP421细胞的平均长度分别为13.1μm和12.8μm(Jeong et al, 2014), 而其他系群虫黄藻细胞的平均长度多在10μm以内(LaJeunesse et al, 2018), 最小的Breviolum endomadracis细胞长度仅为6.1~7.2μm(Parkinson et al, 2015)。本研究中藻株SYSC-14-11的细胞个体大小范围与E. voratum相当, 表明藻株SYSC-14-11是E. voratum的可能性较大。在基因证据出现以前, 研究者主要依靠形态学对物种进行分类描述, 其中甲板排列是具甲甲藻最主要的分类手段(Fensome et al, 1993)。目前, 研究者采用Kofioidian系统甲板方程对共生藻科中的10种虫黄藻进行了形态描述。从甲板排列来看, 藻株SYSC-14-11的甲板排列方式与E. voratum基本一致, 其典型的甲板方程均为x, EAV, 5′, 5a, 8′′, 9s, 17-20c, 6′′′, 2′′′′。但部分板块存在变化, 如藻株SYSC-14-11的绝大多数藻细胞具有5块顶板, 极少数细胞出现了4块顶板。板块变化在甲藻分类中十分常见, 在人工培养条件下, E. voratum(CCMP 421和SvFL 1)细胞的顶板、横沟后板和底板在数量上均出现了不同程度的变化(Jeong et al, 2014)。共生藻科虫黄藻甲板的数量、形态、排列方式非常相似, 使得依赖形态学方法难以区分种间差异, 同时在不同营养和光照培养条件下, 同种虫黄藻的表型超微结构也存在差异(Muller-Parker et al, 1996)。因此, 基于大多数虫黄藻难以培养的前提下, 利用比较形态学方法对未知虫黄藻进行正式的物种描述是有限的。
虫黄藻基因组包含着许多可变的序列, 但通常只有1个或2个基因通过协同进化的方式在数量上占据优势(Dover, 1982), 这些基因组内丰富的序列变异已成为虫黄藻种类鉴定的重要手段(Sampayo et al, 2009)。本研究中藻株SYSC-14-11和SYSC-2-8的LSU序列和ITS2序列无差异, 与世界其他地理区系的Effrenium属藻株仅有1~3个碱基差异, 藻株之间遗传差异很小。因此, 根据目前公认的标准(Haywood et al, 2004; Stern et al, 2012), 推测本文中的两株Effrenium属虫黄藻均为E. voratum。随着更多藻株的获得和更高分辨率遗传标记(如微卫星)的应用, 未来对虫黄藻多样性的环境调查可能会发现Effrenium属虫黄藻中的其他成员。值得注意的是, 本研究中藻株SYSC-14-11和SYSC-2-8与我国胶州湾藻株G15(朱霞 等, 2011)和珠江口藻株zhao01(Shao et al, 2004)的ITS2序列碱基组成一致, 且细胞大小相似, 表明这4株藻可能为同一物种。相比之下, 本研究的两个藻株与Gou等(2003)报道的藻株ZX11的ITS2序列有3个碱基差异, 且藻株ZX11的细胞大小仅为6~8μm, 显著小于E. voratum细胞, 因此藻株ZX11有可能是Effrenium属虫黄藻中的新成员。遗憾的是, Gou等(2003)并未对藻株ZX11的分类地位作进一步确认。
截至目前, 已报道的E. voratum藻株多来源于环境样品, 如海水和大型海藻表面, 极少数源于生物样品, 即使取自生物样品中, 也未能证明E. voratum与样品生物之间存在共生关系。Jeong等(2012)通过qPCR技术, 在孔穴珊瑚(Alveopora japonica)中发现了E. voratum, 但含量极低(含量<0.06%), 仅仅称得上是背景种。而Rodriguez-Lanetty等(2003)在遍布于韩国各海域的孔穴珊瑚中也未发现E. voratum, 仅含有F系群, 未发现Effrenium属及其他系群虫黄藻。因此, 目前尚不清楚E. voratum与孔穴珊瑚是否互为共生关系, 也不能准确认定E. voratum是否作为一种优势的稳定共生体存在于其他宿主中。本研究中的两株藻虽然分离于丛生盔形珊瑚和柔枝鹿角珊瑚的组织液, 但不能完全排除珊瑚表面附生藻类和海水中营自由生活藻类的污染。因此, 藻株SYSC-14-11和SYSC-2-8与珊瑚是否存在内共生关系仍须进一步深入研究。
综上所述, 本研究通过形态学和分子生物学方法对分离自三亚鹿回头海域的两株Effrenium属虫黄藻进行了描述, 填补了我国虫黄藻地理分布的空缺, 进一步加深了人们对热带Effrenium属虫黄藻的认识, 为我国虫黄藻物种多样性及系统分类学研究奠定了基础。
[1]
张跃环, 肖述, 张扬, 等, 2018. 一种砗磲虫黄藻的分离纯化、离体培养及规模化生产方法: 中国, 201710979322.9[P] (in Chinese).

[2]
赵振鲁, 刘甲星, 张跃环, 等, 2019. 离体培养的虫黄藻(Symbiodinium voratum)对温度和光照的生理响应[J]. 海洋与湖沼, 50(2):316-323.

ZHAO ZHENLU, LIU JIAXING, ZHANG YUEHUAN, et al, 2019. Physiological responses of Symbiodinium voratum to temperature and light intensity[J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 50(2):316-323 (in Chinese with English abstract).

[3]
朱霞, 甄毓, 于志刚, 2011. 一株分离自胶州湾的裸甲藻形态相似种的分子系统学研究[J]. 海洋学报, 33(1):153-162.

ZHU XIA, ZHEN YU, YU ZHIGANG, 2011. Molecular phylogenetic analysis of a Gymnodinium-like species isolated from the Jiaozhou Bay of Shandong Province, China[J]. Acta Oceanologica Sinica, 33(1):153-162 (in Chinese with English abstract).

[4]
BAKER A C, 2003. Flexibility and specificity in coral-algal symbiosis: diversity, ecology, and biogeography of Symbiodinium[J]. Annual Review of Ecology, Evolution, & Systematics, 34:661-689.

[5]
BERKELMANS R, VAN OPPEN M J H, 2006. The role of zooxanthellae in the thermal tolerance of corals: a ‘nugget of hope’ for coral reefs in an era of climate change[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 273(1599):2305-2312.

DOI

[6]
DOVER G, 1982. Molecular drive: a cohesive mode of species evolution[J]. Nature, 299(5879):111-117.

DOI

[7]
FAN LIJING, SUI ZHENGHONG, MAO YUNXIANG, et al, 2007. Preliminary identification of three new isolates in genus Alexandrium (Dinophyceae) from China Sea area[J]. Journal of Ocean University of China, 6(1):33-39.

DOI

[8]
FENSOME R A, TAYLOR F J R, NORRIS G, et al, 1993. A classification of living and fossil dinoflagellates[Z]. Micropaleontology Special Publication No.7.

[9]
FINNEY J C, PETTAY D T, SAMPAYO E M, et al, 2010. The relative significance of host-habitat, depth, and geography on the ecology, endemism, and speciation of coral endosymbionts in the genus Symbiodinium[J]. Microbial Ecology, 60:250-263.

DOI

[10]
FISHER P L, MALME M K, DOVE S, 2012. The effect of temperature stress on coral-Symbiodinium associations containing distinct symbiont types[J]. Coral Reefs, 31:473-485.

DOI

[11]
FURLA P, BÉNAZET-TAMBUTTÉ S, JAUBERT J, et al, 1998. Functional polarity of the tentacle of the sea anemone Anemonia viridis: role in inorganic carbon acquisition[J]. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 274(2):R303-R310.

[12]
GLYNN P W, 1993. Coral reef bleaching: Ecological perspectives[J]. Coral Reefs, 12(1):1-17.

DOI

[13]
GOU WANLI, SUN JUN, LI XIUQIN, et al, 2003. Phylogenetic analysis of a free-living strain of Symbiodinium isolated from Jiaozhou Bay, P. R. China[J]. Journal of Experimental Marine Biology & Ecology, 296(2):135-144.

[14]
HAYWOOD A J, STEIDINGER K A, TRUBY E W, et al, 2004. Coparative morphology and molecular phylogenetic analysis of three new species of the genus Karenia (Dinophyceae) from New Zealand[J]. Journal of Phycology, 40:165-179.

DOI

[15]
JEONG H J, YOO Y D, KANG N S, et al, 2012. Heterotrophic feeding as a newly identified survival strategy of the dinoflagellate Symbiodinium[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(31):12604-12609.

[16]
JEONG H J, LEE S Y, KANG N S, et al, 2014. Genetics and morphology characterize the dinoflagellate Symbiodinium voratum, n. sp., (Dinophyceae) as the sole representative of Symbiodinium clade E[J]. Journal of Eukaryotic Microbiology, 61(1):75-94.

DOI

[17]
JONES A M, BERKELMANS R, VAN OPPEN M J H, et al, 2008. A community change in the algal endosymbionts of a scleractinian coral following a natural bleaching event: field evidence of acclimatization[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 275(1641):1359-1365.

DOI

[18]
KIMURA M, 1980. A simple method for estimating evolutionary rate of base substitutions through comparative studies of nucleotide sequences[J]. Journal of Molecular Evolution, 16:111-120.

DOI

[19]
LAJEUNESSE T C, TRENCH R K, 2000. Biogeography of two species of Symbiodinium (Freudenthal) inhabiting the intertidal sea anemone Anthopleura elegantissima (Brandt)[J]. Biological Bulletin, 199(2):126-134.

DOI

[20]
LAJEUNESSE T C, SMITH R T, FINNEY J, et al, 2009. Outbreak and persistence of opportunistic symbiotic dinoflagellates during the 2005 Caribbean mass coral “bleaching” event[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 276(1676):4139-4148.

DOI

[21]
LAJEUNESSE T C, SMITH R, WALTHER M, et al, 2010. Host-symbiont recombination versus natural selection in the response of coral-dinoflagellate symbioses to environmental disturbance[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 277(1696):2925-2934.

DOI

[22]
LAJEUNESSE T C, THORNHILL D J, 2011. Improved resolution of reef-coral endosymbiont (Symbiodinium) species diversity, ecology, and evolution through psbA non-coding[J]. PLoS One, 6(12):e29013.

DOI

[23]
LAJEUNESSE T C, PARKINSON J E, GABRIELSON P W, et al, 2018. Systematic revision of Symbiodiniaceae highlights the antiquity and diversity of coral endosymbionts[J]. Current Biology, 28(16):2570-2580.e6.

DOI

[24]
MULLER-PARKER G, LEE K W, COOK C B, 1996. Changes in the ultrastructure of symbiotic zooxanthellae (Symbiodinium sp., Dinophyceae) in fed and starved sea anemones maintained under high and low light[J]. Journal of Phycology, 32:987-994.

DOI

[25]
PARKINSON J E, COFFROTH M A, LAJEUNESSE T C, 2015. New species of Clade B Symbiodinium (Dinophyceae) from the greater Caribbean belong to different functional guilds: S. aenigmaticum sp. nov., S. antillogorgium sp. nov., S. endomadracis sp. nov., and S. pseudominutum sp. nov.[J]. Journal of Phycology, 51(5):850-858.

DOI

[26]
POCHON X, GATES R D, 2010. A new Symbiodinium clade (Dinophyceae) from soritid foraminifera in Hawaiʹi[J]. Molecular Phylogenetics and Evolution, 56(1):492-497.

DOI

[27]
RODRIGUEZ-LANETTY M., CHANG S J, SONG J I, 2003. Specificity of two temperate dinoflagellate-anthozoan associations from the north-western Pacific Ocean. Marine Biology, 143(6):1193-1199.

DOI

[28]
ROWAN R, 1998. Review—Diversity and ecology of zooxanthellae on coral reefs[J]. Journal of Phycology, 34(3):407-417.

DOI

[29]
SAMPAYO E M, DOVE S, LAJEUNESSE T C, 2009. Cohesive molecular genetic data delineate species diversity in the dinoflagellate genus Symbiodinium[J]. Molecular Ecology, 18(3):500-519.

DOI

[30]
SANTOS S R, 2004. Comment: phylogenetic analysis of a free-living strain of Symbiodinium isolated from Jiaozhou Bay, P.R. China[J]. Journal of Phycology, 40(2):395-397.

DOI

[31]
SHAO PENG, CHEN YUEQIN, ZHOU HUI, et al, 2004. Genetic variability in Gymnodiniaceae ITS regions: implications for species identification and phylogenetic analysis[J]. Marine Biology, 144:215-224.

DOI

[32]
STERN R F, ANDERSEN R A, JAMESON I, et al, 2012. Evaluating the ribosomal internal transcribed spacer (ITS) as a candidate dinoflagellate barcode marker[J]. PLoS ONE, 7: e42780.

DOI

[33]
TRENCH R K, BLANK R J, 1987. Symbiodinium microadriaticum Freudenthal, S. goreauii sp. nov., S. kawagutii sp. nov. and S. pilosum sp. nov.: gymnodinioid dinoflagellate symbionts of marine invertebrates[J]. Journal of Phycology, 23(3): 469-481.

DOI

[34]
WHAM D C, NING GANG, LAJEUNESSE T C, 2017. Symbiodinium glynnii sp. nov., a species of stress-tolerant symbiotic dinoflagellates from pocilloporid and montiporid corals in the Pacific Ocean[J]. Phycologia, 56(4):396-409.

DOI

[35]
XIANG TINGTING, HAMBLETON E A, DENOFRIO J C, et al, 2013. Isolation of clonal axenic strains of the symbiotic dinoflagellate Symbiodinium and their growth and host specificity[J]. Journal of Phycology, 49(3):447-458.

DOI

[36]
YAMASHITA H, KOIKE K, 2013. Genetic identity of free-living Symbiodinium obtained over a broad latitudinal range in the Japanese coast[J]. Phycological Research, 61(1):68-80.

DOI

[37]
ZARDOYA R, COSTAS E, LÓPEZ-RODAS V, et al, 1995. Revised dinoflagellate phylogeny inferred from molecular analysis of large-subunit ribosomal RNA gene sequences[J]. Journal of Molecular Evolution, 41(5):637-645.

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