中国寒区网柄细胞状黏菌的分子生态学研究

Dictyostelids are an unique group in eukaryotes which are also a kind of ideal objects suitable for investigating problems in genetics, cytology, and developmental biology. There are several types of extreme environments in China. From them, the representative cold regions are such as the tundra zone of Da Hinggan Mountains, Changbai Mountains and Tibet. In these extreme environments, there have abundant and unique biological resources, but the distribution of dictyostelids is unclear. Dictyostelids are a small group which primarily living in the soil. Soil samples collected from field is used to isolate and cultivate dictyostelids in the lab in traditional ecological studies. In this study, on the basis of preparatory taxonomic studies, soils collected from these three cold regions were directly used to study the species diversity and distribution characteristics of dictyostelids by modern genomic sequencing techniques and metagenomics methods. The results showed that the species diversity, flora diversity and psychrophilic species of dictyostelids in these three cold regions which will enrih the species diversity of dictyostelids in China. This study will have important scientific significance for the phylogeny studies and the adaptation mechanism of dictyostelids in extreme environments.

网柄细胞状黏菌是真核生物中一个特殊的类群，是遗传学、细胞学及发生生物学研究中较为理想的实验材料之一。我国的极端环境包括多种类型，其中寒区较有代表性的如大兴安岭、长白山和青藏高原的苔原带，在这种极端环境下蕴藏着丰富而独特的生物资源，而目前对这些生境网柄细胞状黏菌的分布情况尚不清楚。网柄细胞状黏菌是主要生长于土壤中的一类个体较小的生物，传统的生态学研究是基于野外采集土壤在实验室分离子实体的方法。本项目在现有形态分类学研究的基础上，采集中国以上寒区的代表土壤，运用宏基因组学的方法，利用现代基因组测序技术直接研究自然状态下土壤中的网柄细胞状黏菌的物种数量以及在三种寒冷生境中的分布特点，得出三种寒冷环境下网柄细胞状黏菌的物种多样性、区系多样性特征和嗜冷优势种，进而丰富我国网柄细胞状黏菌的物种多样性，对于在深层次上认识网柄细胞状黏菌的系统演化及其对极端环境的适应机制具有重要的科学意义。

由于网柄菌个体较小，很难直接通过肉眼观察采集得到，所以需要在野外采集土壤样品，带回实验室进行分离纯化来获得网柄菌。项目组在2014-2016年度期间，对吉林省、黑龙江省和青藏高原大部分地区进行土壤标本的采集，采集到包括寒区在内的共1545份土壤标本。. 采集到的土壤样品首先进行传统分类学研究，共得到网柄菌37种，即网柄菌属Dictyostelium28种、轮柄菌属Polysphondylium8种。包括在西藏鲁朗海拔3000-3200 m的高山地区分离到的新种迷你网柄菌Dictyostelium minimum，并对新种进行个体发育全阶段研究，记录其发育特征，进而对新种进行ITS和SSU的分子系统学分析，结果表明其分布在Group4中；在长白山高山苔原带分离到中国新记录种Dictyostelium quercibrochium。. 选取部分土壤样品进行分子生态学分析，直接提取土壤DNA，设计网柄菌SSU的专属引物，与通用引物一起进行PCR扩增、Illumina MiSeq测序、生物信息学分析。西藏地区的土壤样品分析得出传统分类学没有分离得到过的中国新记录属管柄菌属Acytostelium和中国新记录种Acytostelium amazonicum。在吉林省长白山地区的土壤样品中分析得出已知种小网柄菌Dictyostelium minutum，传统分离方法中长白山地区也未分离到此种，因此分子生态学的方法弥补了传统分离方法的不足。其中已知种小网柄菌Dictyostelium minutum在吉林省汪清和金钩岭也有分离得到，说明其为吉林省的优势种。Acytostelium amazonicum的丰度为0.000245892，小网柄菌Dictyostelium minutum的丰度为0.00528004969459，说明网柄菌在土壤生物类群中所占比例很小。. 结合传统的分类学和分子生态学研究结果，分析得到在我国寒区网柄菌确实有分布，而且数量较少，但是种类较新。