DNA分子标记技术在藻类学研究中的应用_曲疆奇

收 稿 日 期 ：２０１１－０８－０１； 修 回 日 期 ：２０１１－０９－２３． 基 金 项 目 ： 北 京 市 科 技 计 划 项 目 （Ｄ１０１１０５０４６２１０００４）． 作者简介：曲疆奇（１９８５－），男，助理工程师；研究方向：渔 业 生 态 环 境 保 护 与 藻 类 生 物 技 术 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｕｑｉ２００９２００９＠１６３．ｃｏｍ．通
目前，ＤＮＡ 分 子 标 记 技 术 因 其 具 有 能 对 各 个 发育时期的 生 物 个 体、组 织、器 官 甚 至 细 胞 进 行 检 测，不受基因 表 达 与 否 的 影 响，多 态 性 几 乎 遍 布 整 个基因组等 特 点，已 广 泛 应 用 于 生 物 遗 传 多 样 性、 亲缘关系分 析，连 锁 图 谱 构 建、数 量 性 状 基 因 座 定 位（ＱＴＬ）和 分 子 标 记 辅 助 育 种 （ＭＡＳ）等 诸 多 方 面 。 ［７－８］ 分子标 记 技 术 应 用 于 藻 类 学 研 究 较 晚，因 此笔者就近几年来 ＤＮＡ 分子标记技术在藻类研究 中的 应 用 进 行 综 述，以 期 能 够 更 加 深 入 地 了 解 ＤＮＡ 分子标记技术在藻类 分 子 生 态 学 和 遗 传 学 方 面的应用。
此外，核 糖 体 ＲＮＡ 基 因 （如 ５．８Ｓ、１６Ｓ、１８Ｓ、 ２８Ｓ）也是重 要 分 子 的 分 子 标 记，特 别 适 合 研 究 属、 种级的系统 发 生 和 分 类 研 究。 乔 文 文 等 对 ［２４］ ４ 株 扁藻属（Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ）微藻 的 ５．８ＳｒＤＮＡ 和 转 录 间 隔区（ＩＴＳ）的 序 列 进 行 了 分 析。 分 析 表 明，４ 株 微 藻与瑞典 四 爿 藻 （Ｔ．ｓｕｅｃｉｃａ）聚 集 为 同 一 群，其 中 Ｃ７３和 Ｃ１５２与 瑞 典 四 爿 藻 完 全 聚 为 一 支，而 Ｃ７４ 和 Ｃ１５１彼此 间 距 离 仅 为 ０．０７４，而 与 瑞 典 四 爿 藻 的距离在０．２ 以 上。Ｇｕｇｇｅｒ等［２５］利 用 １６ＳｒＤＮＡ 序列分析了 有 异 形 胞 的 丝 状 藻 的 １６ 个 株 系，聚 类 分析显示，形 成 异 形 胞 的 丝 状 蓝 藻 是 单 起 源 的；可 以根据分支的有无来区别 真 枝 藻 和 念 珠 藻，这 与 系 统发生相符 合。 梅 洪 等［２６］基 于 ２８ＳｒＤＮＡ 序 列 的 鞘藻目系统 发 育 研 究，采 用 ＰＣＲ 技 术 新 获 得 鞘 藻 目２属８个种类的部分２８ＳｒＤＮＡ 序列，连同 Ｇｅｎ－ Ｂａｎｋ中的另 两 条 序 列，分 析 的 物 种 涵 盖 了 鞘 藻 目 中的每个属。在形态上就在整个绿藻中界限分明 的鞘藻目从分子水平上再次证明为单系起源的类 群。 １．２ 藻 类 种 质 资 源 鉴 定 研 究
第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２０１２ 年 ８ 月
水产科学
ＦＩＳＨＥＲＩＥＳ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１２
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ＤＮＡ 分子标记技术在藻类学研究中的应用
曲疆奇 ，张清靖 ，贾成霞 ，刘 盼 ，杨 慕
（北 京 市 水 产 科 学 研 究 所 ，北 京 １０００６８））
摘 关 键 词要 ：分 子 标 记 ；藻 类 ；分 子 生 态 学 ；遗 传 学
扩增片段长度多态性标记技术是通过限制性 内切酶片 段 的 不 同 长 度 检 测 ＤＮＡ 多 态 性 的 一 种 ＤＮＡ 指纹分析技术 。 ［２０］ 扩增片段长度多态性 技 术 因具有稳定的多态性和数目 巨 大 的 带 型，为 物 种 亲 缘关系的鉴定提供了 方 便 。 ［２１］ 贺 剑 云 等 利 ［２２］ 用 扩 增片 段 长 度 多 态 性 标 记 分 析 了 １３ 个 条 斑 紫 菜 品
系。研究结果表明，条斑紫 菜 的 遗 传 多 样 性 极 为 丰 富，而部分材料间的遗传距 离 有 随 地 理 间 距 增 大 而 逐渐增大的趋势，反映了目 前 条 斑 紫 菜 养 殖 品 种 间 存在着相互混 杂。Ｓｃｈａｅｆｆｅｒ等 利 ［２３］ 用 扩 增 片 段 长 度多态 性 标 记 对 红 藻 （Ｌｉｔｈｏｐｈｙｌｌｕｒｅ ｍａｒｇａｒｉｔａｅ） 的２个形态差异较大的群体进行了群体间和群体 内的分析，结 果 表 明 群 体 间 遗 传 分 化 较 大，群 体 内 遗传相似度 较 高，表 明 这 两 个 群 体 虽 属 于 一 个 种， 但 形 态 差 异 较 大 ，群 体 间 基 因 流 动 有 限 。
统进化的研究开辟了新的天地 。 ［９］ 限制性片段长 度 多 态 性 标 记 技 术。 限 制 性 片
段长度多态性基本原理是用限制性内切核酸酶酶 解样品 ＤＮＡ，从而产生大 量 的 限 制 酶 切 片 段，通 过 凝胶电泳将 ＤＮＡ 片段按照各自的长度分开。 限制 性片段长度多态性标记广 泛 存 在 生 物 体 内，不 受 组 织、环境和发 育 阶 段 的 影 响，具 体 到 个 体、种、属 及 品种各层次水平的特异性。至今限制性片段长度 多态性仍是群体遗传学研 究 中 常 用 的 一 种 标 记，为 研究亲缘关系较近的物种间和物种内遗传分化有 利工具［１０］。Ｇｏｆｆ等 首 ［１１］ 次将限制性片 段 长 度 多 态 性应用于红藻江蓠属（Ｇｒａｃｉｌａｒｉａ），对 不 同 种 间、种 内以及不同群体间分析，结 果 发 现 同 属 的 不 同 种 间 存在明显的多态性，而同种 的 不 同 群 体 之 间 则 带 型 完全一致，表明该方法可作 为 江 蓠 属 系 统 进 化 和 分 类研 究 的 一 种 新 方 法。Ｄｏｎｇ 等 等 ［１２］ 利 用 ＰＣＲ 技 术扩增核糖体基因大亚基片段以及限制性片段长 度多态性的方法，对海南三亚鹿回头岸礁的８ 科 １４ 属２２种造礁石珊瑚的共生 藻 组 成 进 行 了 系 统 分 类 研究。结果表明鹿回头岸礁的造礁石珊瑚共生藻 以 Ｃ 系群为优势系群，发现 Ｄ 系群与鹿角杯形珊瑚 （Ｐｏｃｉｌｏｌｐｏｒａ ｄａｍｉｃｏｒｎｉｓ）和 黄 癣 蜂 巢 珊 瑚 （Ｆａｖｉａ ｆａｖｕｓ）共生；另 外 丑 鹿 角 珊 瑚 （Ａｃｒｏｐｏｒａ ｈｏｒｒｉｄａ） 和丛生 盔 形 珊 瑚 （Ｇａｌａｘｅａ ｆａｓｃｉｃｕｌａｒｉｓ）可 以 同 时 与 Ｃ系群和 Ｄ系群共生。共生多型性的发现暗示 珊瑚与共生藻的共生关系具有灵活性。
１ 分子标记技术在藻类学研究中应用的现状
１．１ 藻 类 亲 缘 关 系 及 分 子 系 统 进 化 研 究 遗传多样性是生物多样 性 的 基 础，是 评 价 自 然
生物资 源 的 重 要 依 据，同 时 也 是 合 理 利 用 自 然 资 源、种质资源 开 发 和 保 护、生 物 遗 传 育 种 及 改 良 的 基础。由于物种进化的本 质 是 基 因 组 的 进 化，因 此 分类学可以在 ＤＮＡ 水平更为精确地分析物种的进 化速度和种属分类。亲缘 关 系 越 近，基 因 组 中 同 源 序列越多。对不 同 种、同 种 不 同 群 体 的 ＤＮＡ 进 行 遗传分析，计 算 相 似 系 数 和 遗 传 距 离，从 而 确 定 它 们的亲缘关系并进行分类和演化规律分析。系统 发育的研究 始 于 １８００ 年，当 时 主 要 基 于 形 态 学 的 分 类 研 究 ；２０ 世 纪 ６０ 年 代 分 子 生 物 学 的 介 入 ，为 系
简单序列 重 复 （微 卫 星）是 一 种 共 显 性 标 记 技 术。在亲 缘 关 系 研 究 方 面，由 于 等 位 基 因 高 度 多 态，较少的简单序列重复（微卫星）位 点 即 可 提 供 每 个个体特有的基因型组合，共 显 性 则 便 于 追 溯 子 代 中等位基因 的 亲 本 来 源，因 此 简 单 序 列 重 复 （微 卫 星）标记具 有 明 显 优 势。Ｄｅｍｕｒａ等 用 ［１５］ 简 单 序 列 重复（微卫星）标 记 技 术 对 针 胞 藻 纲 的 Ｃｈａｔｔｏｎｅｌｌａ ａｎｔｉｑｕａ、Ｃ．ｍａｒｉｎａ 和Ｃ．ｏｖａｔａ 进行研究。王东东 等 采 ［１６］ 用 生 物 信 息 学 方 法，从 塔 玛 亚 历 山 大 藻 （Ａｌｅｘａｎｄｒｉｕｍ ｔａｍａｒｅｎｓｅ）的 ＥＳＴｓ数 据 库 中 筛 选 简单序列重复（微 卫 星）位 点，聚 类 图 分 析 发 现，Ａ． ｔａｍａｒｅｎｓｅ ＣＣＭ Ｐ１１６与 Ａ．ａｆｆｉｎｅ ＣＣＭ Ｐ１１２ 遗 传距离极为 接 近；Ａ．ｔａｍａｒｅｎｓｅ ＡＴＨＫ９３０１、ＣＣＭ Ｐ１５９８ 和 ＡＴＤＨ ０１ 相 互 聚 在 一 起；Ａ．ｃａｔｅｎｅｌｌａ ＡＣＤＨ ０１ 与 Ａ．ｔａｍａｒｅｎｓｅ 分 属 两 枝。 叶 吉 龙 等 应 ［１７］ 用１２个微卫星标记对９株来自欧洲和中 国 不同海域的塔玛亚历山大藻进行了遗传多样性分 析，结果表 明 ９ 株 塔 玛 亚 历 山 大 藻 大 致 可 分 为 ３ 支 ，进 化 支 与 藻 株 的 地 理 位 置 相 关 联 。
中 图 分 类 号 ：Ｓ９１７
文 献 标 识 码 ：Ｃ
文 章 编 号 ：１００３－１１１１（２０１２）０８－０５０２－０５
藻类在 地 球 上 分 布 广 泛，主 要 生 活 在 水 体 中， 以营自养生活为主，有的 则 营 共 生 或 寄 生 生 活。 在 长期的演化 过 程 中，藻 类 以 其 自 身 的 形 态 构 造、生 理和生态特点适应着生活环 境，从 而 形 成 了 各 种 生 态类群。藻类细胞代谢产 生 的 多 糖、蛋 白 质、色 素、 油脂等，使其 在 食 品、医 药、基 因 工 程、生 物 燃 料 等 领域具有很好的开发前景 。 ［１－６］
讯 作 者 ：张 清 靖 （１９７４－ ），男 ，高 级 工 程 师 ；研 究 方 向 ：渔 业 生 态 与 环 境 保 护 ．Ｅｍａｉｌ：ｑｉｎｇｊｉｎｇｚｈａｎｇ２００７＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．
第８期
曲疆奇等：ＤＮＡ 分子标记技术在藻类学研究中的应用
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没有 相 关 性。 谢 恩 义 等［１４］ 对 ３ 种 礁 膜 属 藻 类 （Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔａ）的分子遗 传 多 样 性 和 亲 缘 关 系 的 随 机扩增多态性 ＤＮＡ 分析。通过对遗传距离分析得 知采自 ３ 个不同海区的样本为同一礁膜属 的 ３ 个 种，与传统分 类 鉴 定 结 果 相 吻 合，宽 礁 膜 与 礁 膜 之 间的亲缘关系最近，宽礁膜与 袋 礁 膜 之 间 的 亲 缘 关 系较远，礁膜与袋礁膜之 间 的 亲 缘 关 系 最 远。 这 与 宽礁膜 及 礁 膜 共 有 形 态 特 征 较 多，袋 礁 膜 与 宽 礁 膜 、礁 膜 共 有 形 态 特 征 少 相 验 证 。
随机扩增多态性 ＤＮＡ 标记技术。该标记技 术 通过分析遗传 物 质 ＤＮＡ 经 过 ＰＣＲ 扩 增 的 多 态 性 来诊断生物体内基因排布与外在性状表现的规律。 Ｈｕｈ等 采 ［１３］ 用 随 机 扩 增 多 态 性 ＤＮＡ 标 记 技 术 对 红藻 门 的 ５ 种 紫 菜 属 （Ｐｏｒｐｈｙｒａ）进 行 了 遗 传 多 样 性与亲缘关系分析，结果表 明 遗 传 距 离 与 地 理 距 离
简单重复序列区间标记 技 术，对 品 种 亲 缘 关 系 的分析具有重 要 作 用。Ｈａｌｌ等 用 ［１８］ 简 单 重 复 序 列 区间技术研究了来自美国俄亥俄州东南地区的串 珠 藻 （Ｂａｔｒａｃｈｏｓｐｅｒｎｕｍ ｈｅｌｍｅｎｔｏｓｕｍ ）的 遗 传 变 异，５８ 个 个 体 聚 成 ３ 个 不 同 地 理 种 群。 崔 灵 英 等 用 ［１９］ 简 单 重 复 序 列 区 间 技 术 对 野 生 条 斑 紫 菜 （Ｐ．ｙｅｚｏｅｎｓｉｓ）、华 北 半 叶 紫 菜 （Ｐ．ｖａｒ．ｈｅｍｉｐｈｙｌ－ ｌａ）、少精紫菜 （Ｐ．ｏｌｉｇｏｓｐｅｒｍａｔａｎｇｉａ）和 浙 江 象 山 海区 人 工 栽 培 的 坛 紫 菜 （Ｐ．ｈａｉｔａｎｅｎｓｉｓ）进 行 分 析，发现 条 斑 紫 菜 与 少 精 紫 菜 的 亲 缘 关 系 最 为 接 近。