基本信息
- 项目名称：
- 六种水螅的系统进化研究与二新种记述
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究描述并命名淡水水螅 2新种（珠江水螅Hydra zhujiangensis sp.nov. 和深圳水螅 Hydra shenzhensis sp.nov.）；而且对6种淡水水螅线粒体基因COI和细胞核18S rRNA、28S rRNA三种基因测序，用邻接法(NJ)和最大简约法(MP)构建了分子系统进化树，探讨其系统发育关系
- 详细介绍：
- 水螅研究始于1702年的林奈，已记录40种。以水螅为实验动物的论文刊登在《science》上的就有28篇，故水螅是探索一些生命科学问题重要的模式生物。中国记录水螅8种。本研究描述并命名水螅 2新种，并对6种水螅的三种基因序列进行分子进化分析，用邻接法(NJ)和最大简约法(MP)构建了分子系统树，探讨其系统发育关系（本作品16000余字，附图43幅，表格12个，形成论文2篇）。 1、珠江水螅，新种 (Hydra zhujiangensis sp.nov.) 雌雄同体；钩刺丝囊大小为(7.05~9.47) μm×(4.65~5.80) μm，囊内刺丝呈横向或倾斜弹簧状缠绕2圈。 2、深圳水螅，新种 (Hydra shenzhensis sp.nov.) 雌雄异体；钩刺丝囊大小为( 11.10 ~ 20.25 )μm×( 9.65 ~ 16.97)μm，囊内刺丝缠绕有呈横向弹簧状缠绕3~4圈、1/3不规则缠绕和纵向缠绕。 3、分子系统发育分析 测序：线粒体COI基因为573bp，核18S、28S rRNA基因分别为1750bp、1272bp，序列已上传至GenBank（登陆号：HQ392522- HQ392533，HQ392522 - HQ392533）。用BioEdit 7进行序列比对分析，以Obelia geniculata（曲膝薮枝螅）为外群，利用遗传分析软件MEGA 4.1，对水螅Mt-COI、核18s 及28s 基因系统发育关系进行分析，分析结果显示水螅属可分为viridissima group、braueri group、oligactis group和vulgaris group四群，支持Campbell的1属4类群分类法。基因序列分析结果可辅助鉴定中国新纪录种：普通水螅。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、调查珠江支流东江水螅资源，通过全新的研究方法，将基因序列数据结合形态学特征确定鉴定水螅物种（最新并国际上认可的方法），查阅国内外水螅分类学原始文献，最终发现并命名新种。 2、通过PCR扩增水螅基因并测序，对水螅进行分子系统学研究，拟在分属问题上提供分子生物学方面的证据。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性研究标本均为单系繁殖，按国际通用的水螅分类方法鉴定，查阅了所有水螅分类文献，并结合分子系统学进行检验，最后确立新种。分子系统学基因扩增采用touch-downPCR；各步骤多用试剂盒方法。先进性在国内首次运用传统分类学与分子系统学方法相结合，发现两个新种水螅。独特性在国内首次系统地对6种淡水水螅核18S rRNA、28S rRNA和线粒体COI基因进行分子系统学研究。
应用价值和现实意义
- 1.本研究结果为世界水螅物种多样性及地理分布提供新数据； 2.为水螅科物种的系统发育及分属争论提供新证据，也为将来进一步搞清全国范围内的水螅物种多样性及其系统发育关系奠定基础； 3.水螅在研究动物起源与进化、发育生物学、实验动物学、干细胞研究等方面具有重要价值。对环境微毒敏感，是生物监测环境微毒的理想动物。本成果可为相关研究与教学提供较为详细的参考数据。
学术论文摘要
- 报道淡水水螅两新种：珠江水螅，雌雄同体，钩刺丝囊大小为( 7.05 ~ 9.47 ) μm × ( 4.65 ~ 5.80 ) μm，卵圆形，囊内刺丝缠绕方式：呈横向或倾斜的松散弹簧状缠绕2圈；深圳水螅，雌雄异体，钩刺丝囊大小为( 11.19 ~ 13.97 ) μm × ( 3.99 ~ 5.03 ) μm，囊内刺丝缠绕具有2种形态：大部分呈横向弹簧状缠绕2 ~ 3圈，1/3左右的囊内刺丝为不规则缠绕和纵向缠绕。研究标本均来自1只水螅的单系繁殖，所有标本保存于深圳大学生命科学学院。分子研究：通过对六种水螅线粒体基因COI和核18S rRNA、28S rRNA基因的序列.以薮枝螅属Obelia geniculata为外群，采用邻接法（NJ）和最大简约法（MP）构建了进化树，探讨淡水水螅的系统发育关系。研究结果支持Campbell的4类群的划分。研究结果，为多形水螅、珠江水螅、深圳水螅新种的确定，提供了分子方面证据；本文基因数据已上传至Genbank，可供水螅分类学、系统发育和世界水螅地理进化等研究提供参考。
获奖情况
- [1] 刘洪涛，汪安泰. 中国广东水螅属一新种（水螅纲，无鞘螅目，水螅科）.动物分类学报，2010, 35 ( 4 )：857 ~ 862. [2] 刘洪涛，汪安泰, 邓利. 淡水水螅属一新种（水螅纲，无鞘螅目，水螅科）及中国部分物种系统发育研究. Zoological Science, 2011,(已送审待刊)
鉴定结果
- 本项目发表论文已被中国科学引文数据库（CSCD）收录，链接地址如下：
参考文献
- Hemmrich G., Anokhin B., Zacharias H., et al. Molecular phylogenetics in Hydra, a classical model in evolutionary developmental biology. Mol. Phylogenet. Evol, 2007. 44: 281 – 290. Kawaida H., Shimizu H., Fujisawa T., et al. Molecular phylogenetic study in genus Hydra. Gene, 2010. 468: 30 – 40. Martinez D. E., Iniguez A. R., Percell K. M., et al. Phylogeny and biogeography of Hydra (Cnidaria: Hydridae) using mitochondrial and nuclear DNA sequences. Mol Phylogenet Evol , 2010. 57: 403 – 410. Silveira, F.L. da, Gomes, C.S. & Silva, Z. de S. New species of Hydra Linnaeus, 1758 (Cnidaria, Hydrozoa) from southeastern Brazil. Boletim do Museu Nacional, Zoologia, 1997. 373: 1 – 15. Wang, A-T, Deng, L, Lai, J-Q, et al. A new species of green hydra (Hydrozoa : Hydrida) from China. Zoological Science, 2009. 26 (9)：664 – 668. 陈仲钊, 汪安泰. 中国水螅属一新种（水螅纲，水螅科）.动物分类学报, 2008. 33(4): 737 ~ 741. 赖璟琦,陈仲钊,汪安泰. 大乳头水螅在中国的首次发现. 四川动物, 2008. 27(6): 1144 ~ 1145.
同类课题研究水平概述
- 国外研究状况水螅隶属腔肠动物门，仅有二层细胞，再生能力强，在动物起源与进化、发育生物学、再生、干细胞研究等方面具有重要意义，是常用的模式动物之一。国外从300多年前就开始对水螅进行系统地研究，迄今全世界已报道的淡水水螅有约40种。美国于2004年启动水螅基因组计划，选定的水螅物种是H. magnipapillata strain 105，基因组序列已于2008年7月提交到GenBank，为水螅的生物学以及有关生命科学研究提供了重要的分子数据。2010年Nature杂志上刊登了一篇水螅基因组的研究论文（Chapman et al., 2010）。 70年代以来，水螅的相关研究发展迅速，学术水平、发表刊物级别越来越高，有数十篇论文发表在Science和Nature上，内容涵盖再生（Helen, 2001）、发育（Hobmayer et al., 2000）、神经生物学（Fraser et al., 1987）和基因组学（Chapman et al., 2010）等。Hemmrich等， Kawaida等，Martínez等曾分别对水螅科在科学研究中较常用水螅物种进行分子系统学研究。国内研究状况 我国有关水螅的许多相关研究起步较晚，1956年开始初步研究，真正的分类学工作从1987年开始，迄今仅描述7个水螅新种，其中4种分布于北方地区，本实验室报道的3新种均分布于华南地区，中国大部地区迄今没有人开展工作。中国水螅分类学研究的严重落后，不仅制约着全球水螅地理进化、系统发生和生物多样性的研究，同时也制约着以水螅为模式动物的现代研究的拓展。史新柏对分布于哈尔滨的强壮水螅作过专题研究（史新柏等, 1987）。范学铭等报道了分布于北方地区的哈尔滨水螅（范学铭等, 2003）、漠河水螅（范学铭等, 1999）、大庆水螅（范学铭, 2000）和北京水螅（范学铭, 2003）。本项目所在实验室从2008年起陆续报道了新纪录种大乳头水螅（赖璟琦等, 2008），多形水螅（陈仲钊等, 2008）、中国水螅（Wang et al., 2009）、珠江水螅（刘洪涛等, 2010）。综上所述，在我国开展水螅的研究工作刻不容缓。目前国内很少关于水螅的分子研究报道，仅见有关RAPD多态性研究（范学铭等, 2005）等，本项目在国内首次对淡水水螅进行分子系统学研究。
