基于多重分子标记-形态学联用的南极海绵分类鉴定与系统发育研究

Marine sponges (phylum Porifera), the oldest multicellular invertebrate animals, play a significant role in phylogenetic and evolutionary study. Sponges are globally distributed and show a high diversity in Antarctic region. However, their taxonomic data and distribution patterns in the extreme environments is still far from adequate. An accurate identification of sponge species is the scientific basis for understanding their phylogenetic history and conducting ecological survey. Therefore, to establish a reliable identification protocol is urgently required to assess the diversity of Antarctic sponges. The applicant has identified 111 sponge specimens from South Australia based on molecular taxonomy and morphological classification, as well as proposed new molecular loci for identification. This project will further screen and optimize the identification loci to improve their resolution by analysing 102 Antarctic sponge specimens, and establish an integrated multi-locus and morphology sponge identification approach. The effective and reliable identifications will allow a deeper insight of Antarctic sponge diversity. The biostatistics analysis will be applied to reveal the community distribution of Antarctic sponges. The Maximum-likelihood, Neighbor-joining and Bayesian inference methods will be utilized to build COI mtDNA and 28S rRNA gene trees to demonstrate their phylogenetic character; and the secondary structure of ITS locus will be used to illustrate intra-specific phylogeny with the aim to provide reliable scientific data for a better understanding, protection and utilization of Antarctic sponge resources.

多孔动物门海绵是最古老的多细胞动物，在种群系统发生和物种进化上具有极其重要的研究价值。南极低温海域海绵群落物种丰富，但对其多样性水平和群落分布的认识尚缺乏完整数据。海绵的准确分类鉴定是研究其系统发生规律和生态特征的基础。申请人利用分子生物学和形态学分类相结合的方法，分类鉴定了南澳大利亚海域的111个海绵样本，发现了一系列新型分子标记。本课题拟针对获得的102个南极海绵样本，发现并优化新的分子标记，提高鉴定分辨率，建立一套“多重分子标记-形态学联用”的高效可靠、适合南极海绵的鉴定方法，丰富对其多样性的认识；利用生物统计学方法，探究极端环境要素驱动下的海绵群落分布特点；运用最大似然法、紧邻结合法、和贝叶斯分析法构建COImtDNA和28SrRNA基因系统发育树，揭示其系统发育规律；利用ITS片段次级结构阐明种内个体间的亲缘关系；为更好地认识、保护和利用南极极端生境中的海绵资源提供科学依据。

海绵的准确分类鉴定是研究其系统发生规律和生态特征的基础。本课题致力于特殊生境中南极海绵鉴定方法的建立，发展一套独特的研究策略推进海绵物种鉴定的准确和高效性。课题分析鉴定了102个南极海绵样本，发现并优化了新的分子标记，建立了一套“多重分子标记-形态学联用”的高效可靠、适合南极海绵的鉴定方法。利用生物统计学方法，探究了极端环境要素驱动下的海绵群落分布特点，通过构建系统发育树揭示了所研究的南极海绵的系统发育规律。统计了所有具有分子学分类标记数据的南极海绵的种类，共包括12个海绵目，30个科，52个属，80个种，发现了对于Homoscleromorpha海绵纲的样本的报道仍然是空白，为后续研究重点的选择提供了数据依据。同时总结了包括本课题的研究种类在内的所有报道海绵中具有分子编码标记的样本数量和占总数量的比例，更进一步证明南极海绵分子学数据的匮乏，亟待补充和研究。此外课题成功推广了本次构建的海绵鉴定方法以及优化的分子标记和引物，鉴定了2个中国南海海绵样本和50个澳大利亚海绵样本，其中发现并鉴定出一个深海海绵新种Tethya irisae。通过本课题的实施，提升了海绵分类鉴定的能力，为海绵多样性研究提供技术支撑，丰富了对南极海绵物种多样性、群落分布以及种群系统发育特征的了解，补充了南极海绵的分子标记数据库，从而为更好地认识、保护和利用南极极端生境中的海绵资源提供科学依据。在项目的资助下共发表6篇基金号标注的SCI收录的论文。