中国石蕊科地衣共生藻的分类及分子系统学研究

The family Cladoniaceae belongs to Ascomycota, Lecanoromycetes, Lecanorales. The family Cladoniaceae of the fruticose lichens is the largest and most diverse groups of lichen-forming fungi. During the long-term coevolutionary process, some unique features in morphology, physiology and heredity have been induced between mycobint and photobiont because of symbiotic interactions. In this work, the species and classification of algal photobionts associated with the lichen-forming fungus Cladoniaceae in China will be deeply, systematically and multi-characteristically examined on the basis of wide field investigation and sample collection. Meanwhile, the morphological characteristics and molecular data will be obtained and analyzed. Combined these data and compared with the other species around world, more objective and efficient classification system of algal photobionts associated with the lichen-forming fungus Cladoniaceae will be established. In addition, the relationship with other algal groups and molecular phylogeny will be further analyzed. The project will provide important evidence and stable basis for the study of algal photobionts in special habitats. Also, the data will give essential theory base for biodiversity protection of algae diversity in China.

石蕊科隶属于子囊菌门，茶渍纲，茶渍目，是枝状地衣类群中最大的科。石蕊科地衣共生菌，藻在长期的协同进化过程中，菌藻之间的相互作用使藻细胞在形态、生理和遗传上产生了一些特有的性状。本项目将在进行广泛野外调查和标本采集的基础上，对我国石蕊科地衣共生藻进行深入系统的、多特征的分类研究，其研究目的不仅在于澄清我国该科地衣共生藻的种类，同时还要结合亚显微结构和分子生物学方面的大量数据资料，建立石蕊科地衣共生藻客观有效的分类方法。在此基础上，进一步分析该科地衣共生藻与其它类群之间的亲缘关系，构建分子系统进化树。本项目不仅对地衣共生藻这一特殊生境的藻类资源研究具有重要的科学意义，同时也为我国藻类植物生物多样性的保护提供科学依据。

石蕊科是枝状地衣中种类多样性最丰富的一科，该科也是目前国际上一个活跃的研究领域。本项目将在进行广泛野外调查和标本采集的基础上，对我国石蕊科Cladoniaceae地衣共生藻进行深入系统的、多特征的分类研究，构建分子系统进化树，分析了该科地衣共生藻与自由生活藻类之间的亲缘关系，结果显示，1）通过对分离自Cladonia norvegica的共生藻（Coccomyxa sp. YN）rbcL和ITS基因进行扩增和测序，并与GenBank中相近序列进行比对分析，构建了系统发育树。运用NJ、ML和BA法构建系统树具有相似的拓扑结构，反映的系统发育关系基本一致，Coccomyxa sp. YN和自由生活的Coccomyxa subellipsoidea聚集在一起且有较高的节点支持率99%（NJ）、97%（MP）、和0.99（BA），共生藻Coccomyxa sp. YN与自由生活的Coccomyxa subellipsoidea有较近的亲缘关系。2）通过对共生藻Coccomyxa sp.YN与自由生活Coccomyxa subellipsoidea的ITS2 rRNA二级结构预测。发现两者仅有的区别是自由生活的Coccomyxa subellipsoidea与共生藻Coccomyxa sp.YN在第三和第四个螺旋上均发生了1个碱基替换。ITS2 rRNA 二级结构的进化相对于生物形态的变化要慢的多。同属不同种的生物在ITS2 rRNA 二级结构上至少有一个补偿碱基变化。共生藻Coccomyxa sp.YN与自由生活的Coccomyxa subellipsoidea有几乎一致的ITS2 rRNA二级结构。基于两者的ITS2 rRNA二级结构，共生Coccomyxa sp.YN与自由生活的Coccomyxa subellipsoidea有较近的亲缘。3）共生藻Coccomyxa sp.YN与已报道的自由生活Coccomyxa subellipsoidea的细胞形态特征相比，Coccomyxa sp.YN的中央蛋白核大且明显，细胞核不明显。我们推测，共生藻的细胞核和蛋白核的形态变化是为了适应与共生菌的共生，而逐步被“地衣化”。 本项目不仅对地衣共生藻这一特殊生境的藻类资源研究具有重要意义，同时也为我国藻类植物生物多样性的保护提供科学依据。