西北太平洋浮游有孔虫的SSU rDNA序列及其古海洋学意义.pdf

!第!"卷!第#期!$%%"年#月西北太平洋浮游有孔虫的>>XK 8-)序列及其古海洋学意义"李保华!""!李铁刚$!;2>+,.I H 5,4*>[,7%!8M >-T [H 5M92+.2N 27%李春香!!曹奇原$!杨!群!!6中国科学院南京地质古生物研究所!南京$!###(($6中国科学院海洋研究所海洋地质过程与古环境重点实验室!青岛$""#?!(%6S 7T [-[0[2H ^b 2H .H B ]!Z 7-\2>T -[]H ^I 02N -7B 27!W &?$#?"!b 2>+,7]!$##"&#%&!%收稿!$##"&#’&$D 收修改稿!"国家自然科学基金项目"批准号#)#$?"#!$!D #)!!#!)$和中国科学院知识创新工程重点方向性项目";d 8g %&a c &$$#$资助!""*&+,-.#N M .-!50N .-4!65[[61T 647摘要!!研究对采集于西北太平洋冲绳海槽表层水体中的活浮游有孔虫进行W @K 分析尝试!获得了西北太平洋浮游有孔虫I )22&#1(%1#(,621\)12,.)2(%(和V 2,61T&’1#(T 56等的a a Z>W @K 序列特征!并与南太平洋地区属种的W @K 序列进行对比6结果显示两不同海区I 5,621\)12,.)2(%(个体的a a Z>W @K 差异与同一个体内不同拷贝序列间差异类似!仅为#6?:%!6$:6详细比较研究认为!传统微体古生物形态学定义种对西北太平洋与南太平洋的I 5,621\)12,.)2(%(来说具有可靠的分子生物学证据6关键词!!西北太平洋!浮游有孔虫!!2::;<=.*=<.&,:=>2=:&-2:.*.!>>XK 8-)!!$#世纪D #年代分子生物学W @K 序列分析手段的应用!开始了对有孔虫系统分类’演化及其与环境变化关系的深入研究6通过对有孔虫尤其是底栖有孔虫W @K 序列确立了有孔虫在真核生物系统树上的位置及有孔虫不同类群间的演化关系%!))&6分子生物学手段的应用!不仅使微体古生物学研究从宏观的形态特征深入到微观的W @K 序列认识!还在追踪海洋环流等方面显示出优越性!例如南极和北极区的浮游有孔虫基因交流可以通过边界上升流而穿越赤道进行!热带&亚热带有孔虫基因可以沿着现代洋流从太平洋&印度洋绕过南非好望角流向大西洋%’)?&6然而这些研究多来自于大西洋地区的有孔虫材料!太平洋地区的有孔虫W @K 资料还相当缺乏6而过去的研究已经显示出不同地区’不同环境中有孔虫属种基因型的多样性%(!D &6那么!在古海洋研究中被广泛采用的有孔虫+标志种,在分子生物学角度到底存在多大程度的可靠性-本文通过对采集于西北太平洋冲绳海槽表层水体中的现生浮游有孔虫进行W @K 分析!报道了西北太平洋浮游有孔虫a a Z>W @K 片段的序列特征!并与太平洋其他地区该种的W @K 序列进行对比!阐述以浮游有孔虫I )22&#1(%1#(,621\)12,.)2(%(为标志的太平洋西部边界流系统对浮游有孔虫基因交流和演化的重要性6$!材料与方法研究样品来自西太平洋冲绳海槽北部c P #!站位"东经!$(6($p ’北纬%!6#%p !图!$深度’#+的水层中!由中国科学院海洋研究所+科学一号,考察船$##%年春于西太平洋海洋环境调查航次中运用a 2,&A ->38I W 系统"a A *D *!!E8I W $进行水样!D %采集获得6有孔虫水样采集位置的海水温度为!(6?L !盐度为%)6?"v "图$$6图$!西北太平洋冲绳海槽地形*Y .;$站位位置图%!Y .;$站位表层$;;?水层的盐度*温度*氧含量和现场荧光分布现场将水样经’++孔径滤膜过滤后于显微镜下挑选浮游有孔虫单种6首先用过滤海水仔细清洗后’再用去离子水快速清洗!然后立刻将有孔虫个体移至#6’+O 离心管!并加入)#+O W =8裂解液"!##++H .1O C !I >-T &98.E )++H .1O C !*W I KE !:W =8E #6$:I g &!##!59Q (6’$6待有孔虫壳体被捣碎后置于恒温水浴锅中"#L 保持!M !然后高速离心"!$###>*+-7$后取上清!并将提取的有孔虫W @K 溶液于C $#L 保存6实验室分析参照W 2J ,>B,T 和*>[,7等的实验规程%%!!#&!在中国科学院南京地质古生物研究所与德国图宾根大学完成6分子生物学分析以有孔虫细胞核中编码核糖体F @K 基因">-N H T H +,.F @K $中的部分小亚基片段"T +,..T 0N 07-[!a a Z $为对象!聚合酶链式反应"P 8F $采用的退火",772,.-7B $温度为’’L !引物合成采用有孔虫特定的a !)G !*G )碱基序列"K K b b b 8K 88K 8K K b K K 8b 8$与Z $#>!*F !碱基序列"I b K I b 88I I b I I K 8bK 8I I 8I8I I I 8$%!#!!!&6P 8F 扩增后的有孔虫W @K "片段长约!###N 5$经纯化后进行单克隆培养与测序6%!结果与讨论在c P #!站位采集到的浮游有孔虫活体呈现无色透明!清洗时可见流动的原生质!浮游有孔虫壳体直径约!##++6经鉴定浮游有孔虫为两属"种$#I )22&#1(%1#(,621\)12,.)2(%(和V 2,61T&’1#(T 56!后者因船上条件有限未能确定种名6I 5,621\)12,.3)2(%(经分子生物学分析!多个克隆测序结果共获得两个a a Z>W @K 序列"b 27A ,7‘@H 6W U )#?$?#和W U )#?$?!!简称P !和P $序列$(而V 2,61T &’1#(T 56多个克隆测序结果获得一个a a Z >W @K 序列"b 27A ,7‘@H 6W U )#?$"D !简称b !序列$6%&$!序列特征I 5,621\)12,.)2(%(两个a a Z>W @K 序列片段长度分别为!#)%N 5和!#)?N 5"含引物长度$!序列中以富含碱基KEI "’D 6$:$为特征!其平均碱基组成分别是#K 为$"6!:!b 为$!6(:!8为!D 6#:和I 为%%6!:6而V 2,61T &’1#(T 56a a Z>W @K 序列片段长度则为D ?#N 5"含引物长度$!序列中各碱基含量无明显优势!平均碱基组成分别是#K 为$)6):!b 为$)6#:!8为$$6D :和I 为$(6?:6经检索有孔虫W @K 序列资料!此次分析的两浮游有孔虫种a a Z>W @K 序列分别与南太平洋8H >&$D%!第!"卷!第#期!$%%"年#月,.a2,的I5,621\)12,.)2(%(以及b>2,[A,>>-2>F22^附近的V2,61T&’1#(T56a a Z>W@K序列"b27A,7‘@H6K V$)!?#D和Z(#?D%$最为接近%!$!!%&!两浮游有孔虫a a Z>W@K片段序列特征见图%6图(!西北太平洋Y.;$站位与南太平洋浮游有孔虫!?&,:=>2=:&-2:.*.和@:&,=6;A=<.M T&的>>XK8-)序列对比P!!P$和b!序列来自西北太平洋冲绳海槽"本研究$(Z(#?D%和K V$)!?#D序列来自西南太平洋!据文献%!$!!%&6序列中带下划线者"3$为分析所用引物(黑色区域与及星号""$代表碱基相同或省略(灰色区域代表变异碱基部分(短划线"C$代表碱基缺失%&%!@:&,=6;A=<.M T&>>XK8-)序列比较考虑到不同实验引物设计的差异!西北太平洋c P#!站位V2,61T&’1#(T56a a Z>W@K序列仅比南太平洋b>2,[A,>>-2>F22^附近的V2,61T&’1#(T56 a a Z>W@K序列在第"N5和(D D N5分别插入一个碱基I"或者是后者缺失碱基I!对应于后者第!D N5和D!!N5$!以及在第$)(N5"对应于后者中第$"#N5$有一个K&b碱基转换!其他完全相同"图%$6比较结果显示!西北太平洋c P#!站位和南太平洋b>2,[A,>>-2>F22^附近的V2,61T&’1#(T56 a a Z>W@K序列片段同一性约为D D6?:6所以!从两个海区的V2,61T&’1#(T56a a Z>W@K序列相关程度来看!两V2,61T&’1#(T56应属同一个种6%&(!!2::;<=.*=<.&,:=>2=:&-2:.*.>>XK8-)序列比较c P#!站位I5,621\)12,.)2(%(两个克隆的a a Z>W@K序列"P!和P$序列$与南太平洋8H>,. a2,的I5,621\)12,.)2(%(a a Z>W@K序列"K V$)!?#D序列!以下简称K V序列$的同一性仅比上述V2,61T&’1#(T56间的略差!但也分别大于D(6(:和D D6%:6他们间差异主要发生在三个位置"图%$#"!$P$序列与K V序列分别在第!$)N5和!$#N5"对应于P!序列第!$%N5$有一碱基I或K 插入"或者是P!序列的碱基缺失$6"$$P!序列与P$序列分别在第$("N5和$(D N5"对应于K V序列第$()N5$有碱基K I或K 的插入"或者是K V序列的碱基缺失$6"%$P!序列第%D())#%N5附近"分别对应于K V和P$序列第%D))%D(N5和)##))#"N5$有碱基K!I或K I的多个插入"或缺失$或重组6另外!P$与K V序列分别在第!!!)!!$N5和!#?)!#(N5相同"碱基I b$!而与P!序列第!!!N5 "碱基K$的转"颠$换(在第!!(N5和!!)N5相同"碱基K$!而与P!序列第!!?N5"碱基I$的颠换(在第!$$N5和!!(N5相同"碱基8$而与P!序列第!$!N5"碱基I$的转换(在第"#?N5和’D D N5相同"相对于P!序列第"#)N5碱基I插入$6P!与K V序列分别在第!$D N5和!$?N5相同"相对于P$序列第!%!N5的碱基K缺失$6P!与P$序列分别在第?$!N5和?$’N5相同"碱基I$而与K V序列第?!?N5"碱基8$的转换6根据c P#!站位I5,621\)12,.)2(%(两个克隆的a a Z>W@K序列"P!和P$$与8H>,.a2,的I5,621\)12,.)2(%(a a Z>W@K序列"K V$碱基存在两两相同而与第三者不同的特征!而且由于P!与P$为西北太平洋同一有孔虫不同克隆’即细胞核内%D% !第!"卷!第#期!$%%"年#月不同a a Z>W@K拷贝的序列!P$与K V序列的差异比其克隆间P!和P$序列的差异低!表明西北太平洋c P#!站位与西南太平洋8H>,.a2,的I5,621\)12,.)2(%(在分子生物学角度应为同一种6%&,!8-)序列指示的西太平洋浮游有孔虫古海洋学意义I5,621\)12,.)2(%(生活在海水温跃层附近!为热带&亚热带暖水型分子!体内无共生藻类%!)!!’&!是赤道西太平洋海域浮游有孔虫属种中具有较高百分含量的类型%!"&6受菲律宾板块旋转’吕宋岛弧抬升以及印度尼西亚海道关闭的影响!赤道暖流在太平洋西部南北分支为民都洛暖流和黑潮暖流%!?&6该地区中新世以来浮游有孔虫的演化及古海洋学研究表明!I5,621\)12,.)2(%(是西太平洋赤道暖流与黑潮的+标志种,%!()$#&6现代西太平洋暖流区两浮游有孔虫’尤其是I5,621\)12,.)2(%(的W@K序列资料显示的西北太平洋与西南太平洋浮游有孔虫属种的同一性!不仅充分显示了西太平洋洋流系统对该海域浮游有孔虫基因交流所起的巨大作用!另一方面也同时证明了运用I5,621\)12,.)2(%(作为西北太平洋暖流演化+标志种,在分子水平上的可靠性6推测由于太平洋赤道暖流与环流格局的影响!赤道地区该两种有孔虫W@K序列也应该与以上资料相吻合6(!结语西太平洋浮游有孔虫W@K序列显示!冲绳海槽与8H>,.a2,以及b>2,[A,>>-2>F22^的浮游有孔虫I)22&#1(%1#(,621\)12,.)2(%(和V2,61T&’1#(T56分别属同一个种!从而揭示了浮游有孔虫I5,621\)12,.)2(%(作为西太平洋赤道暖流与黑潮+标志种,具有可靠的分子生物学证据6虽然太平洋地区浮游有孔虫分子生物学材料有限!但结果显示其W@K资料与西太平洋环流密切相关6因此需要更多的有孔虫生态及其W@K数据来阐明有孔虫演化与环境变化的关系!为浮游有孔虫研究在古海洋环境恢复中发挥作用6致谢!&科学一号’考察船$##%年春航次全体科考人员及船员在采样中给予热情支持和帮助!特此致谢6参!考!文!献!!O,7B2><F!O-55TX9!P-..2>c*6<H.240.,>5,.2H N-H.H B]H^5>H[-T[T#K+5.-^-4,[-H7,733->24[T2h0274-7B H^^H>,+-7-^2>,.W@K6<-4>H5,.2H7[H.H B]!!D D%!%D#"%)"($!P,Y.H Y T‘-X!A H.-\,>S!G,M>7-X!2[,.6*,>.]H>-B-7H^^H>,+-7-& ^2>,T0B B2T[23N]a a Z>F@K B272T2h02742T6<H.A-H.*\H.!!D D"!!%#))’))’#%!32J,>B,T8!d,7-72[[-O!9-.N>24M[9!2[,.6P M].H B27],73 >,[2T H^+H.240.,>2\H.0[-H7H^5.,7‘[H7-4^H>,+-7-^2>,#a a Z>W& @KT2h02742T4H+5,>23[H[M2^H T T-.>24H>36X<H.*\H.!!D D?!)’#$(’)$D))!P,Y.H Y T‘-X!9H._+,77<!A2>72]8!2[,.6I M22\H.0[-H7H^2,>.]G H>,+-7-^2>,6P>H4@,[.K4,3a4-!$##%!!###!!)D))!!)D(’!32J,>B,T8!@H>>-TF!d,7-72[[-O!2[,.6<H.240.,>2\-32742H^4>]5[-4T524-,[-H7-75.,7‘[H7-4^H>,+-7-^2>T,73[M2->>2.,[-H7[HH42,7-45>H\-742T6P>H4@,[.K4,3a4-!!D D D!D"#$("))$("( "!W,>.-7B;G!c,328<!;>H H7W!2[,.6I M23-\2>T-[],733-T[>-& N0[-H7H^+H32>75.,7‘[-4^H>,+-7-^2>,.T+,..T0N07-[>-N H T H+,.F@K B27H[]52T,73[M2->5H[27[-,.,T[>,42>T H^5>2T27[,735,T[ H42,74->40.,[-H7T6P,.2H42,7H B>,5M]!!D D D!!)#%)!$?!W,>.-7B;G!c,328<!a[2Y,>[S K!2[,.6<H.240.,>2\-32742 ^H>B272[-4+-/-7B H^K>4[-4,73K7[,>4[-4T0N5H.,>5H50.,[-H7T H^5.,7‘[H7-4^H>,+-7-^2>T6@,[0>2!$###!)#’#)%))?(!32J,>B,T8!F27,03a!9-.N>24M[9!2[,.6P.2-T[H4272,3,5& 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D%!第!"卷!第#期!$%%"年#月H ^>2427[5.,7‘[H 7-4^H >,+-72^2>,6S 7#F ,+,T ,]K Ia !236=42&,7-4<-4>H 5,.2H 7[H .H B ]6O H 73H 7#K 4,32+-4P >2T T !!D ??!!)!##!’!92+.2N 278!a 5-73.2>8<!K 732>T H 7=F6<H 32>7P .,7‘[H 7-4G H >,+-7-^2>,6@2Y V H >‘#a 5>-7B 2>&J 2>.,B !!D (D !!)%"%!"!P ,[>-4‘K !I M 072..F 86I >H 5-4,.P ,4-^-4T 2,T 0>^,42[2+52>,&[0>2T ,730552>Y ,[2>4H .0+7[M 2>+H 4.-72T [>04[0>230>-7B [M 2.,T [B .,4-,.+,/-+0+6P ,.2H 42,7H B >,5M ]!!D D ?!!$#")D )"’?!?!;2772[[X P !;2..2>b !a >-7-\,T ,7<a 6<-H 42725.,7‘[H 7-4^H &>,+-7-^2>,.N -H B 2H B >,5M ],735,.2H 42,7H B >,5M -432\2.H 5+27[H ^[M 2S 73H &P ,4-^-4>2B -H 76S 7#;2772[[X P !236I M 2<-H 4272=&42,7#P ,.2H B 2H B >,5M ],73A -H B 2H B >,5M ]6<2+b 2H .a H 4K +!!D (’!!"%#!D ?)$%"!(!8M ,-T T H 7c P 6P .,7‘[H 7-4^H >,+-7-^2>,.,T T 2+N .,B2T,735,.2H &42,7H B >,5M -44M ,7B 2-7[M 2[>,7T &[>H 5-4,.P ,4-^-4=42,7#K4H +&5,>-T H 7H ^Y 2T ["O 2B !%#$,732,T ["O 2B !%($!.,[2T [<-H 4272[H P .2-T [H 42726S 7#P -T -,T@b !<,]2>O K !X ,7242‘I F !2[,.!23T 6P >H 4=W Pa 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!$##"!%)#%"?#)%"?"$6研究组发现纳米管具有序列选择性去稳定双链’三链W @K 并促使双链W @K 发生A &K 构象转化6进而揭示了长期以来纳米管可使W @K 发生聚集的作用机理并用实验证实纳米管结合在W @K 大沟区!与理论模拟结果一致6d &W @K 在生物体内不是稳定存在的!是在转录过程中形成的过渡态6近期研究表明它的形成与癌症等疾病发生有关6为此!研究d &W @K 形成探针具有重要生物学意义6他们通过系列研究发现稀土*0与氨基酸K a P 的配合物在体温低盐条件下!促使A &W @K 转化为d &W @K 并且这种转化与体内F @K 聚合酶作用类似!具有可逆性(其独特的谱学性质变化为认识及检测体内d &W @K 提供探针"A -H 5M ]T -4,.X !$##"!D ##%$#%)%$#?$(而稀土*0与氨基酸J ,.的配合物可促进在体内复制及转录具有重要功能的单链5>K 及5H .]3K 产生二级结构(目前针对人类单链F @K 聚合酶P K P 为靶点的单链核酸药物报道很少!这些实验结果对单链核酸药物设计及揭示稀土生物学效应具有指导作用6"G *A aO 2[[!$##"!’(##%?$")%?%#$6影响药物与W @K 识别及稳定作用的因素包括药物分子大小’立体化学(溶液条件(W @K 构象及序列等6他们发现水分子参与调控(邻近碱基序列引起药物与W @K 结合反应的熵&焓互补(邻近碱基序列同样制约W @K 的长程电荷传递过程6对相同长度"K K $7及"K I $7系列!W @K 越稳定!电荷传递速率越快6系列工作发表在A -H 4M 2+-T [>]"$##"!)’#!%’)%)!%’’#($##%!)$#!!D "#)!!D "?$6!供稿"中国科学院长春应用化学研究所#’D%!第!"卷!第#期!$%%"年#月。