基因探针揭示栉水母的惊人多样性

蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的研究人员利用遗传学研究栉水母，并在该物种中发现了新的多样性。

　　

栉水母被科学家称为栉水母(读作“teen-oh- fours”)，它们的美丽令人着迷，但由于它们脆弱的天性，这些迷人的生物仍然缺乏研究。MBARI的研究人员利用遗传学的力量来更多地了解这些动物。

在《分子生态资源》杂志上发表的一项研究中，MBARI的研究人员Lynne Christianson, Shannon Johnson, Darrin Schultz和Steve Haddock检查了栉水母的特定基因序列。这一序列揭示了这类动物的多样性。

该研究的主要作者、MBARI的高级研究技术人员Lynne Christianson说:“通过遗传学，我们发现了一些群体中令人惊讶的多样性，包括一些以前被认为是单一物种的更常见的物种，但现在被揭示为多个物种。重要的是，我们分享给公共数据库的基因数据将为其他人使用eDNA来帮助揭示海洋生态系统的复杂性提供有价值的参考”。

这项工作为未来使用eDNA或环境DNA对栉水母进行研究打开了大门。eDNA有望通过海洋动物留在海水中的漂流遗传物质来检测它们。这项研究还发现了一些对科学来说是新的栉水母物种

到目前为止，科学家已经描述了大约200种栉水母。它们有各种各样的形状、大小、颜色和图案。有些很小，而另一些像这种巨大的栉水母(Aulacoctena sp.)可以相当大——比足球还大。它们都在海洋生态系统中发挥着不可或缺的作用。

栉水母生活在整个海洋中，从浅海到深海海底，从温暖的热带海洋到寒冷的极地水域。虽然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，特别是从深海收集，使它们难以研究。MBARI高级科学家Steve Haddock解释说:“大多数科学家无法以任何可识别的方式收集栉水母——它们太脆弱了。”   

但是MBARI有独特的设备来研究这些微妙的漂流者。MBARI的研究船为蓝水潜水提供了一个平台，蓝水潜水是一种悬浮在开阔水域的深海潜水形式，并部署了称为远程操作潜水器的专用机器人潜水器。

MBARI的研究人员利用COI序列准备了一棵关系“树”，以显示栉水母之间的物种差异。他们使用这棵树来帮助其他研究人员确定哪些DNA引物对一组兴趣最有效。主要的分支包括浅瓣栉水母(粉红色)、海柱石水母(蓝色)和海底生活的扁桃水母(绿色)。使用水肺和潜水器，MBARI的研究人员已经能够在实验室仔细收集栉水母。几十年来，他们收集了几乎所有已知栉水母科的标本。

仅从外观上研究这些动物是有价值的，但有时是一门不完善的科学。一些标本被损坏，物种之间的一些区分特征是模糊的，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它们的标本。   

之前的研究质疑火车轨道栉水母(Deiopea kaloktenota)可能是兔耳栉水母(Kiyohimea usagi)的幼年形式。但基因分析现在证实了这两种确实是独一无二的，并提出了加利福尼亚中部实际上有两种Deiopea的可能性。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。从蜜蜂到狒狒，这种基因被广泛用于区分物种，甚至是地理亚种群。然而，建立栉水母“指纹”库并非易事。

为了读取这些基因，研究人员使用引物——一种短的、人造的DNA片段，它补充了一个物种基因组中发现的DNA片段，并作为启动基因测序的锚点。栉水母的DNA与其他动物如此不同，以至于标准引物对大多数栉水母物种不起作用。这个团队开始着手解决这个问题。首先，该团队必须制造出能够对栉水母COI序列起作用的引物。他们通过检查栉水母的基因组和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栉水母标本中生成单个序列库。这是这项工作最具影响力的两个成果。

通过比较COI基因序列，发现Bolinopsis Bolinopsis的家族树有两个分支。一个分支包括四个热带物种和相关的疣状栉水母(Mnemiopsis leidyi)，而另一个分支包括两个来自较冷的温带水域的物种。       

该团队创建了最完整的栉水母DNA序列库，将72个物种添加到全球数据库中，而之前只有15个物种被代表。通过比较COI基因的序列，他们还在物种水平上为栉水母建立了更准确的家谱。

这个新的基因信息库有助于阐明长相相似的物种之间的关系。基因探针引发了一些关于常见物种的新问题。对COI基因的研究为在加利福尼亚海岸看到的Bathocyroe属扇贝栉水母的身份提供了新的线索。基因分析表明，三种不同的——可能是以前未知的——物种可能出现在中部海岸。

MBARI的研究人员经常在加利福尼亚中部海岸观察扇贝栉水母(Bathocyroe sp.)。但仔细观察它的COI基因，我们发现有三种不同的物种生活在我们的海岸附近。更有趣的是?似乎没有一个与该属的三个已知物种一致。与已知的Bathocyroe物种在外观和深度分布上的细微差异表明，加利福尼亚中央海岸附近的这三个物种可能是科学上的新物种。MBARI的ROVs在揭示海洋午夜区不为人知的多样性方面发挥了重要作用。在34年的研究中，MBARI记录了200多种以前科学家不知道的物种。其中一个发现是血腹栉水母(Lampocteis cruentiventer)。MBARI的科学家George Matsumoto和Bruce Robison在2001年对这个物种做出了最初的描述。研究人员有时会看到身材相同的人，但缺乏标志性的猩红色。一种变体具有琥珀色外观，而另一种更深的变体是明亮的洋红色。对COI基因的研究证实了科学家们的怀疑，即这些不是唯一的颜色变体，而可能是独立的物种。血腹栉水母(Lampocteis cruentiventer)是蒙特利湾深处最令人惊叹的栉水母之一。新的基因分析证实了科学家们的怀疑，即这两种生物并不是深红栉水母的奇怪颜色变种，而是不同的物种。   

目前已知或描述的栉水母种类有200种。随着COI基因序列暗示其中一些可能不止一个基因上不同的物种，这个数量可能会增长三倍甚至四倍。

研究从全球更多地方收集的栉水母将是理解这些动物之间关系的关键下一步，通过比较潜在的未描述物种的序列和科学家正式承认的物种的序列。COI基因为研究人员的工作提供了一个有用的起点。

这项工作为全球科学家阅读栉水母留在eDNA中的遗传指纹奠定了基础，并改善了对海洋生物多样性的分类工作。栉水母在很大程度上被排除在快速物种鉴定这一有前途的新领域之外，因为这一群体缺乏检测它们留下的eDNA所必需的COI基因序列。

MBARI研究小组现在为其他科学家提供了工具，开始快速鉴定栉水母。来自MBARI和我们合作者的样本已经为国家生物技术信息档案中心增加了五倍于之前测序的栉水母物种。克里斯蒂安森说:“我们正在向公共数据库提供数量空前的栉水母物种的基因序列，供所有人使用。”

参考文献:“Hidden diversity of Ctenophora revealed by new mitochondrial COI primers and sequences” by Lynne M. Christianson, Shannon B. Johnson, Darrin T. Schultz and Steven H. D. Haddock, 5 July 2022, Molecular Ecology Resources