基于多相综合方法在伊朗淡水环境中首次分离鉴定Trichormus sp. 121B（念珠藻目，念珠藻科）的观察研究

《Phycology Journal》：First observation of Trichormus sp. 121B (Nostocales, Nostocaceae) isolated from freshwater in Iran, using a polyphasic approach

本综述通过形态学、生态学与基于16S-23S ITS rRNA基因区（内部转录间隔区）的系统发育分析等多相综合方法，对分离自伊朗戈尔甘省淡水环境的丝状蓝藻菌株Trichormus sp. 121B进行了首次鉴定与描述。研究揭示了其独特的形态特征、区别于狭义Trichormus属的独立系统发育地位，以及16S-23S rRNA ITS二级结构（D1-D1’和Box-B螺旋）的独特性，强调了在念珠藻目蓝藻分类中整合分子与形态数据的必要性。

　　

背景简介

本文报道了一项针对丝状、异形胞蓝藻菌株^Trichormussp. 121B的首次分离与鉴定研究。该菌株采集自伊朗戈尔斯坦省戈尔甘市一处淡水环境（地理坐标：北纬36°51?25??，东经54°26?55??）。研究采用了一种整合形态学、生态学和基于16S-23S内部转录间隔区（ITS）rRNA基因区序列的系统发育学分析的多相综合方法，以全面、准确地描述这一新发现的菌株。

材料与方法

1. 样品采集、培养与形态分析

研究团队于2016年6月从伊朗戈尔甘省指定地点的淡水系统中采集了蓝藻藻垫样品。采样点位于浅水、岩石基底环境，水温约18–22 °C，pH 7.4–7.8，理化参数表明其为适于蓝藻生长的中营养淡水环境。样品运送至实验室后，在无氮BG-11₀培养基上进行分离纯化，最终获得纯菌株，暂命名为121B，并于伊朗伊斯兰阿扎德大学研究与科学分校的蓝藻菌种保藏中心（CCC）和ALBORZ标本馆进行了保藏（保藏号分别为CCC1355-a和CCC1355-b）。形态观察在Olympus系列显微镜下进行，并对各种细胞参数进行了大量测量。

2. 分子生物学分析

从菌株中提取基因组DNA，并利用多对引物通过聚合酶链式反应（PCR）扩增了16S rRNA基因全长和16S-23S rRNA ITS区域。扩增产物经纯化、克隆和测序后，获得的序列被提交至日本DNA数据库（DDBJ），获得登录号OP279618。

3. 系统发育与ITS二级结构分析

从GenBank数据库中获取了149条相关的蓝藻序列，与本研究获得的序列一同进行比对。系统发育树分别采用最大似然法（Maximum Likelihood, ML）和贝叶斯推断法（Bayesian Inference, BI）构建，以评估菌株121B的分类地位。此外，对16S-23S ITS区的保守区域（如D1-D1’螺旋、Box B等）进行了二级结构预测，以比较其与近缘类群在高级结构上的差异。

研究结果

1. 形态学分析

菌株121B在固体培养基上可形成从淡绿到深绿色的胶质菌落。显微镜下，其丝状体长而弯曲，细胞长度约5–8 μm，宽度约2–3 μm。与已知^Trichormus属其他物种相比，该菌株展现出多项独特的形态特征：，包括末端细胞具有两个角状刺和刚毛、丝状体呈现假分支、厚壁孢子（Akinetes）非常稀少以及异形胞（Heterocytes）呈骨状球形。这些特征将其与属内其他物种区分开来。

2. 系统发育分析

基于16S rRNA基因序列构建的系统发育树显示，菌株121B与另外两株^Trichormussp.（登录号KF761567和KF761561）形成一个独立且获得高支持率（ML自展值96.3%）的单系分支簇。这个分支簇与狭义^Trichormus（^Trichormussensu stricto）明显分开，并以^{Cyanocohniella}属为其姐妹群。计算出的16S rRNA基因p-距离显示，菌株121B与其他^Trichormus物种的相似性约为91%。这些证据强烈暗示，从分子系统发育角度看，菌株121B可能代表一个独立于现有狭义^Trichormus属的新属级分类单元。

3. 16S-23S ITS二级结构分析

对ITS区D1-D1’螺旋和Box B螺旋的二级结构进行比较后发现，菌株121B的结构模式与其最接近的参考菌株（^Trichormussp. ATA115KO18AURT 和 ^Trichormussp. ATA114KO3p441DK）存在明显差异，尤其在Box B螺旋的长度和结构元件上。例如，菌株121B的Box B长度为44个核苷酸，而参考菌株之一为50个核苷酸。这些独特的结构特征进一步支持了菌株121B的独特性。

讨论与总结

本研究通过多相综合方法，首次详细描述并鉴定了分离自伊朗淡水生境的一株独特的丝状蓝藻菌株^Trichormussp. 121B。该菌株在形态上具有易于辨识的特征（如末端细胞具双角刺），但在分子系统发育上却位于一个独立于狭义^Trichormus属的高支持率分支中，且16S rRNA基因序列相似性低于常用的属级界定阈值（94.5%）。同时，其16S-23S ITS区特定螺旋的二级结构也呈现出独特性。

这些发现突显了蓝藻，特别是念珠藻目内分类的复杂性。传统上依赖形态特征进行分类的方法常因表型可塑性而受限，分子数据（如16S rRNA序列、ITS区及其二级结构）的引入对于揭示隐藏的多样性和厘清系统发育关系至关重要。本研究结果挑战了^Trichormus属的单系性，并为其内部可能存在未被充分认识的谱系多样性提供了证据。研究不仅增加了对伊朗地区蓝藻生物多样性的认知，也强调了在现代微生物分类学中，整合形态、生态、分子（包括序列和高级结构）数据的“多相综合方法”对于准确描述和界定新分类单元的必要性。未来需要更广泛的物种采样和更多基因位点的分析，以进一步完善念珠藻科及相关类群的分类系统。