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捕食线虫丝孢菌是一个现代的食肉类真菌类群,能够以营养菌丝特化形成的各种形态各异的捕食器官捕捉线虫,这类真菌是自然界中线虫种群自然控制的重要因子,也是动植物病害生物防治的重要研究材料,在适应性进化和生物防治上具有较大研究潜力。
本文采用多基因联合分析的手段,对捕食线虫丝孢菌代表物种的群体遗传结构、生殖模式、隐存种形成和在各种生态环境适应过程中的遗传分化进行了种内和种间分析,旨在从群体遗传学角度探讨捕食线虫丝孢菌在各种自然环境下的生存适应方式和物种形成过程中的遗传分化,为更好地保护和利用该类具有特殊生态意义和经济价值的真菌提供科学的理论依据,并为真菌的生态学物种分化理论提供证据。研究取得了如下结果:
1、捕食线虫丝孢菌Arthrobotrys oligospora的遗传结构、隐存种和生殖模式从收集自中国21个省区的农业耕作地和森林,以及四种特殊环境(具有高盐含量的土壤、铅锌矿区的矿渣土、普通水生和污染水的淤泥)的400份土样中共分离得到A.oligospora菌株109株。选择ITS(internal transcribed spacer regionof the ribosomal RNA gene,核糖体RNA上的非转录间隔区)、TUB(β—tubulin gene,微管蛋白编码基因)和RPB(RNA polymeraseⅡ subunit gene,RNA多聚酶Ⅱ编码基因)三个基因位点作为遗传标记,成功扩增和测定了全部A.oligospora菌株的327条序列。对这些序列信息进行了群体遗传学分析后发现,中国境内的A.oligospora菌株具有较高的遗传多样性(三个基因合并序列的核苷酸多样性Pi为0.01122,基因型多样性Hd为0.9)。Mantel检测显示,A.oligospora居群间的遗传距离与地理距离之间具有显著的正相关关系(相关系数Rxy=0.224,P=0.01)。在多基因的系统发育分析中发现两个隐存种,其形成可能受到地理隔离和其他极端生态因素的影响。连锁和重组分析表明,中国境内的A.oligospora能够在不同生境下进行不同的生殖模式:在普通环境下(耕作土壤和森林土壤)进行无性繁殖,由此促进了其分生孢子的长距离扩散和居群的快速扩张;特殊生态环境下(高盐土壤、重金属污染土壤和水体)则进行重组的生殖模式,增加了其遗传多样性水平,提高了其环境适应能力。推断将无性和有性繁殖结合起来的生殖模式对于提高该生防菌株在自然农业土壤中占领新的生存环境并扩散的能力,增强生防应用效率具有重要的实际意义。
2、未发现有性阶段的捕食线虫丝孢菌Arthrobotrys thaumasia的生殖模式和隐存种形成
从中国16个省区的400份农业耕作和森林土样中分离到了37株捕食线虫丝孢菌A.thaumasia。除了选取真菌分子系统学中最常用的两个分子标记,ITS和TUB以外,还选择了两个富含单核苷酸多态性位点(SNPs)的匿名片段75#和87#。4个基因片段在37株菌株中均得到成功扩增和测序,获得148条序列。θ检验显示中国A.thaumasia菌株地理居群间的遗传分化不明显。多基因谱系的系统发育分析发现了一个单独由西南居群样本构成的支系,暗示A.thaumasia种内存在基于地理分布的隐存种。值得注意的是,目前尚未报道A.thaumasia的有性型,而本研究的连锁与重组分析显示,该种在北方和华南居群中有进行重组生殖的可能。
3、捕食线虫丝孢菌姊妹种间的比较分析
从云南省普通森林环境、高盐环境和重金属污染环境中采集了1800份土样,共分离到来自同一有性型Orbilia auricolor的捕食线虫丝孢菌姊妹种A.oligospora和A.cladodes各36株,除了选取ITS、TUB和RPB外,还筛选了两个富含SNPs的匿名片段,分别是2#和87#,共5个片段作为遗传标记。5个片段在72株菌株中均得到成功扩增和测序,共得到360条序列。对两个物种的群体遗传分化分析表明,A.oligospora居群间的遗传变异(30%)主要来自于地理居群的分化,生态居群的分化仅产生11%的遗传变异,地理隔离是其基因流的主要限制因素,且其遗传距离和地理距离间具有一定的正相关关系。相比之下,A.cladodes居群间的遗传变异(22%)则主要来自于生态居群的分化,地理居群的分化仅带来13%的遗传变异,对不同生态环境的适应是其基因流的主要限制因素,并未发现其遗传距离和地理距离间的正相关关系。但是,A.cladodes在适应高盐和重金属环境的过程中发生了隐存种形成,并且在该类环境下具有进行重组生殖的能力,以上结果表明捕食线虫丝孢菌A.oligospora和A.cladodes在地理距离、极端环境等生态因素的影响下具有不同的适应策略,并且产生了物种分化。DNA多态性分析表明,种间的固定变异可能来源于不同物种对不同生态环境的分化适应,与种内的生态居群间的遗传分化相比,种间分化具有更长的进化历史。