腐霉屬的DNA條形碼和分子系統(tǒng)學(xué)研究

腐霉屬的DNA條形碼和分子系統(tǒng)學(xué)研究腐霉(Pythium)是世界性分布的一類菌物,大多數(shù)物種腐生于土壤、水和動植物殘體中,有些物種是動植物的重要病原菌。中國幅員遼闊,多樣的生態(tài)環(huán)境蘊(yùn)藏著豐富的腐霉資源。本文以從我國不同植物根際土壤中分離的腐霉菌株和從中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心(ACCC)收集到的腐霉菌株為材料,開展了腐霉屬的分類學(xué)、DNA條形碼及分子系統(tǒng)學(xué)研究,并應(yīng)用篩選到的DNA條形碼對廣西草坪腐霉的群落組成與物種多樣性進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查。主要取得如下結(jié)果：1、根據(jù)形態(tài)特征與COI(細(xì)胞色素C氧化酶第1亞基基因)和ITS序列分析,將分離和收集的525株腐霉菌鑒定為51個分類單元,其中包括已發(fā)表的5個新種：田野腐霉(Pythiumagreste)、百色腐霉(P.baisense)、短枝腐霉(P.breve)、廣西腐霉(P.guangxiense)和武漢腐霉(P.wuhanense),12個中國新記錄種：引雄腐霉(P.attrantheridium)、鐘形腐霉(P.campanulatum)、囊形腐霉(P.folliculosum)、長囊腐霉(P.longisporangium)、卵突腐霉(P.oopapillum)、滿器腐霉(P.pleroticum)、多卵腐霉(P.plurisporium)、固執(zhí)腐霉(P.recalcitrans)、稻根腐霉(P.rhizo-oryzae)、高山腐霉(P.takayamanum)、土棲腐霉(P.terrestris)和姜腐霉(P.zingiberis),還有10個待發(fā)表的疑似新種。2、從4個DNA片段即COI、COII(細(xì)胞色素C氧化酶第2亞基基因)、ITS和β-tub(Beta-微管蛋白基因)中篩選腐霉的條形碼。綜合PCR和測序成功率兩項(xiàng)指標(biāo),獲得DNA片段的容易程度從高到低的排序?yàn)镃OII(100%)>COI(97.1%)>ITS(83.1%)>β-tub(68.7%).COI(平均種內(nèi)相似率,簡稱AS=0.993)的種內(nèi)相似水平接近COII(AS=0.994)和ITS(AS=0.993).但低于β-tub(AS=0.996),而COI(平均種間相似率,簡稱ASi=0.921)的種間相似水平接近CoII(ASi=0.912)、但高于ITS(ASi=0.627)和β-tub(ASi=0.881)。COI和COII序列的種內(nèi)和種間相似率之間有一條相對清晰的分界線,而ITS和β-tub序列的種內(nèi)和種間相似率之間重疊嚴(yán)重。對于本研究的51個腐霉分類單元,4個備選DNA片段都不能區(qū)分的為P.folliculosum與簇囊腐霉(P.torulosum)以及P.guangxiense與周雄腐霉(P.periilum),COI和β-tub不能區(qū)分的為群結(jié)腐霉(P.myriotylum)與P.zingiberis,COII和ITS不能區(qū)分的為異絲腐霉(P.diclinum)與寬雄腐霉(P.dissotocum),ITS和β-tub不能區(qū)分的為寡雄腐霉(P.oligandrum)與疑似新種Pythiumsp.nov.4,ITS不能區(qū)分開的為P.folliculosum、P.torulosum與P.rhizo-oryzae以及刺腐霉(P.spinosum)與疑似新種Pythiumsp.nov.7,B-tub不能區(qū)分開的為P.spinosum與疑似新種Pythiumsp.nov.6以及林棲腐霉(P.sylvaticum)、疑似新種Pythiumsp.nov.9與P.terrestris,因此,COI、COII、ITS和β-tub等4個DNA片段對腐霉物種識別率從高到低的順序?yàn)镃OI(88.2%)=COII(88.2%)>ITS(78.4%)>β-tub(74.5%)。初步研究結(jié)果表明,COI和COII對腐霉屬的識別效果比ITS和β-tub更好,由于目前公用分子數(shù)據(jù)庫中腐霉屬COII序列數(shù)據(jù)所涉及到的物種還非常有限,COI序列數(shù)據(jù)相對豐富,因此,建議把COI作為腐霉的主要條形碼,COII作為腐霉的輔助條形碼。3、單基因和多基因系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示,ITS、ITS與COI聯(lián)合以及COI、COII、ITS和β-tub四片段聯(lián)合都能反映出腐霉屬的系統(tǒng)演化關(guān)系。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn),四基因結(jié)合系統(tǒng)樹上的主要進(jìn)化分枝與形態(tài)特征的對應(yīng)關(guān)系最好,該系統(tǒng)樹根據(jù)進(jìn)化分枝的演化關(guān)系將腐霉的孢子囊清晰地劃分為三種類型：絲狀或絲狀與球形結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體孢子囊類型、串生球形或腫囊狀與球形結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體孢子囊類型以及單生球形孢子囊類型。其中串生球形或腫囊狀與球形結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體孢子囊類型處于絲狀或絲狀與球形結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體孢子囊類型和單生球形孢子囊類型之間,這種類型是兩者之間的過渡階段。傳統(tǒng)上,在分類檢索表中作為區(qū)別腐霉屬物種的有性繁殖體的形態(tài)特征與各分子系統(tǒng)發(fā)育樹上的大進(jìn)化枝沒有明顯的對應(yīng)關(guān)系。4、以COI作為主要條形碼對從廣西草坪土壤中分離到的122個腐霉菌株進(jìn)行分子鑒定得到24個分類單元。廣西草坪腐霉的群落組成與多樣性分析結(jié)果表明,季節(jié)對腐霉的物種豐度(F=8.945,P=0.000)和Shannon’s多樣性指數(shù)(F=4.599,P=0.004)有極顯著影響,其中物種豐度在冬季(1.10±0.18)顯著高于夏季(0.43±0.12)和秋季(0.20±0.10),春季(0.80±0.15)顯著高于秋季(0.20±0.10)；Shannon’s多樣性指數(shù)在冬季(0.26±0.07)顯著高于秋季(0.04±0.03)和夏季(0.03±0.03)。同樣地理位置對腐霉的物種豐度(F=3.087,P=0.013)也有顯著影響,其中桂林的物種豐度(1.00±0.22)顯著高于北海(0.15±0.0