海洋生态与环境科学重点实验室知识库

刚毛根管藻 (Rhizosolenia setigera) 为硅藻，是地球上非常重要的初级生产者，但是同时是很重要的有害藻华物种，在藻华暴发时会给环境造成巨大的危害，极大影响水环境中其他生物的生存，威胁海洋生态系统的平衡和正常功能。目前，对于刚毛根管藻的研究主要集中在形态学研究及生理生态研究方面，在分子生物学研究方面较少。

本研究对中国近海海域的根管藻属物种及其中的有害藻华物种多样性进行了汇总分析，系统了解了根管藻在我国海域的生物多样性和地理分布，为根管藻属物种的研究提供了重要的参考资料。通过分离、纯化多株刚毛根管藻株系，并通过形态和分子生物学方法进行物种鉴定，并对其进行细胞器基因组的组装和注释，首次构建了刚毛根管藻的线粒体基因组，其环状线粒体基因组大小为34,792 bp，共编码63个基因，包括35个蛋白质编码基因 (PCGs)，24个转运RNA (tRNA) 基因，2个核糖体 (rRNA) RNA基因和2个orfs，无内含子。对刚毛根管藻与同纲的波状直链藻 (Melosira undulata) 进行线粒体基因组的比较分析，通过共线性分析结果可得，两个物种在线粒体基因组上并没有很好的共线性关系，存在基因的易位，倒位和缺失现象。因此两者虽然都属于圆筛藻纲的物种，但并不属于同一个属的物种，说明了不同属的物种之间线粒体基因组序列差异较大，亲缘关系距离较远。此外，以成环的刚毛根管藻线粒体基因组序列作为参考基因组，通过寻找12株刚毛根管藻线粒体基因组序列上的单碱基变异位点，基于线粒体基因组上的高变异位点区域，设计构建了刚毛根管藻的高分辨率分子标记rsmt1，长度为427 bp，位于线粒体基因组rnl基因内，相比于通用分子标记来说具有更高的分辨率。并将此高分辨率分子标记应用于我国沿海海域的环境样本中，发现刚毛根管藻多分布于渤海、黄海北部、胶州湾和南海海域，具有一定的生物地理分布特征。

综上所述，本研究系统了解了我国近海海域的根管藻生物多样性，并首次构建了刚毛根管藻的线粒体基因组，通过比较基因组分析，深入分析了刚毛根管藻和波状直链藻线粒体基因组之间的差异，探讨了刚毛根管藻的分类学地位。同时成功设计了针对刚毛根管藻的高分辨率分子标记rsmt1，并将其应用于我国近海海域刚毛根管藻的生物地理学分布分析。本研究为根管藻的生物多样性研究，有害藻华物种刚毛根管藻遗传多样性及生物地理分布提供重要参考。

第1章 引言    1
1.1 根管藻的分类地位及重要性    1
1.1.1 根管藻的分类地位    1
1.1.2 根管藻的重要性    1
1.2 根管藻藻华    4
1.2.1 有害藻华的定义    4
1.2.2 有害藻华的影响及危害    4
1.2.3 根管藻藻华    5
1.3 根管藻在我国海域的分布及多样性    6
1.3.1 根管藻的分布及其多样性    6
1.3.2 刚毛根管藻概述    9
1.4 本论文研究的主要内容    11
1.5 本论文的技术路线    12
1.6 本论文拟解决的科学问题    12
第2章 刚毛根管藻细胞器基因组的组装及比较基因组分析    13
2.1 前言    13
2.2 材料与方法    14
2.2.1 藻株的分离和培养    14
2.2.2 藻株DNA提取和测序    16
2.2.3 测序数据的过滤和组装    16
2.2.4 细胞器基因组的质检和基因注释    17
2.2.5 刚毛根管藻线粒体基因组的比较分析    17
2.3 结果    18
2.3.1 刚毛根管藻的形态鉴定和分子鉴定    18
2.3.2 刚毛根管藻线粒体基因组的构建和注释    20
2.3.3 刚毛根管藻的共线性及系统发育分析    22
2.4 讨论    25
2.5 小结    26
第3章 刚毛根管藻高分辨率分子标记的开发及应用    27
3.1 前言    27
3.2 材料与方法    28
3.2.1 样本采集、藻株分离、培养    28
3.2.2 藻株DNA和环境样本DNA的提取    33
3.2.3 刚毛根管藻高分辨率分子标记的构建    34
3.2.4 刚毛根管藻高分辨率分子标记的应用    35
3.3 结果    36
3.3.1 刚毛根管藻高分辨率分子标记的开发    36
3.3.2 刚毛根管藻高分辨率分子标记的应用    37
3.4 讨论    45
3.5 小结    46
第4章 结论与展望    47
4.1 主要结论    47
4.2 主要创新点    47
4.3 研究展望    48
参考文献    49
附录一 中国近海海域根管藻属物种    63
附录二 中国近海海域根管藻属中的有害藻华物种    73
致谢    79
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果    83