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基因探针提供关于梳状果冻惊人多样性的新线索

摘要梳状水母——科学家们称之为栉水母(发音为teen-oh-fours)——因其美丽而令人着迷,但这些迷人的生物由于其脆弱的本性而很少被研究。MBARI

梳状水母——科学家们称之为栉水母(发音为“teen-oh-fours”)——因其美丽而令人着迷,但这些迷人的生物由于其脆弱的本性而很少被研究。MBARI 研究人员利用遗传学的力量来更多地了解这些动物。

在今年夏天早些时候在线发表在分子生态资源上的一项研究中,MBARI 研究人员 Lynne Christianson、Shannon Johnson、Darrin Schultz 和 Steve Haddock 检查了栉水母中的特定基因序列。这个序列揭示了这组动物中数不清的多样性。

“使用遗传学,我们在某些群体中发现了惊人的多样性,包括一些以前被认为是单一物种的更常见物种,但现在被发现是多个物种,”该研究的主要作者和高级研究人员林恩克里斯蒂安森说MBARI 技术员。这项研究还发现了几种科学上新出现的栉胶种类。

这项工作由大卫和露西尔帕卡德基金会、美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院资助,为未来使用 eDNA 或环境 DNA 研究栉水母打开了大门。eDNA 有望通过海洋动物在海水中留下的遗传物质的漂流片段来检测海洋动物。“重要的是,我们与公共数据库共享的基因数据将为其他使用 eDNA 的人提供有价值的参考,以帮助揭示海洋生态系统的复杂性,”克里斯蒂安森说。

梳形水母生活在整个海洋中,从浅海到深海底,从温暖的热带海洋到寒冷的极地水域。尽管它们是海洋生态系统的重要组成部分,但收集完整标本的挑战,尤其是来自深海的标本,使它们难以研究。“大多数科学家无法以任何可识别的方式收集梳状果冻——它们太脆弱了,”MBARI 高级科学家 Steve Haddock 解释说。

但 MBARI 拥有独特的装备来研究这些精致的漂流者。

MBARI 的研究船为蓝水潜水(一种悬浮在开阔水域的远海潜水形式)和部署称为遥控车辆 (ROV) 的专用机器人潜水器提供了一个平台。

MBARI 研究人员使用水肺潜水器和潜水器,能够仔细收集梳状果冻用于实验室研究。几十年来,他们收集了代表几乎所有已知梳形果冻家族的标本。

仅从外观研究这些动物是有价值的,但有时是一门不完善的科学。一些标本受损,物种之间的一些区别特征是隐秘的,一些组织太脆弱而无法保存。除了检查活体动物的外观外,MBARI 的研究人员还转向遗传学来识别和分类他们的标本。

线粒体基因细胞色素-c-氧化酶亚基 I (COI) 就像动物的遗传指纹。该基因广泛用于从蜜蜂到狒狒的所有物种,以区分物种甚至地理亚群。然而,建立一个栉水母“指纹”库并非易事。

为了读取这些基因,研究人员使用引物——短的、人造的 DNA 片段,补充物种基因组中发现的 DNA 片段,并作为启动基因测序的锚点。梳形果冻的 DNA 与其他动物如此不同,以至于标准引物对大多数梳形果冻物种不起作用。该团队着手解决这个问题。首先,该团队必须制作适用于梳状果冻 COI 序列的引物。他们通过检查栉水母的基因组并测试数百种引物组合来做到这一点。然后,他们使用这些引物从他们收集的数百个梳形果冻标本中生成单个序列库。这是这项工作最有影响力的两个成果。

该团队从栉水母中创建了最完整的 DNA 序列库,将 72 个物种添加到全球数据库中,而此前只有 15 个物种。通过比较 COI 基因的序列,他们还在物种水平上构建了更准确的栉水母家谱。

这个新的遗传信息库有助于澄清外观相似的物种之间的关系。基因探针引发了关于常见物种的几个新问题。

MBARI 研究人员经常观察加利福尼亚中部海岸附近的扇贝栉水母(Bathocyroe sp.)。但是仔细观察它的 COI 基因表明我们​​的海岸附近生活着三种不同的物种。更耐人寻味?似乎没有一个与该属中的三个已知物种一致。与公认的 Bathocyroe 物种的外观和深度分布略有不同,这表明加利福尼亚中央海岸附近的三个物种可能是科学界的新物种。

MBARI 的 ROV 有助于揭示海洋午夜区数不清的多样性。在 34 年的研究中,MBARI 记录了 200 多种科学家以前不知道的物种。其中一个发现是血腹楸果冻(Lampocteis cruentventer)。MBARI 科学家 George Matsumoto 和 Bruce Robison 于 2001 年对该物种的原始描述做出了贡献。研究人员有时会看到具有相同体型但缺乏标志性猩红色的个体。一种变体具有琥珀色外观,而另一种更深层次的变体是明亮的洋红色。观察 COI 基因证实了科学家的怀疑,即这些不是独特的颜色变形,而是可能是不同的物种。

“我们能够详细观察的每个地方都揭示了看不见的多样性,这表明栉水母的种类比我们最乐观的估计还要多,”Haddock 说。

通过比较潜在未描述物种的序列与科学家正式认可的物种的序列,检查从全球更多地点收集的栉水母将是了解这些动物之间关系的关键下一步。COI 基因为研究人员专注于他们的工作提供了一个有用的起点。

这项工作为全球科学家读取留在 eDNA 中的栉水母的遗传指纹奠定了基础,并改进了对海洋生物多样性进行编目的工作。栉水母在很大程度上被排除在有前途的快速物种鉴定新领域之外,因为该组的 COI 基因序列稀缺,无法检测它们留下的 eDNA。

MBARI 研究小组现在已经为其他科学家提供了工具来开始快速识别栉水母。来自 MBARI 和我们合作者的样本向国家生物技术信息中心档案添加了五倍于先前测序的栉水母种类。“我们正在将数量空前的栉水母物种的基因序列提供到公共数据库中供所有人使用,”克里斯蒂安森说。