甲藻Borghiella tenuissima的形态多样性、分子系统学与有丝分裂双模式研究揭示其分类学新见解

本研究针对甲藻Borghiella tenuissima的形态分类存在争议的问题，通过整合光镜、电镜与分子系统学分析，首次发现该物种同时存在两种有丝分裂模式（desmoschisis与eleutheroschisis），并揭示了温度与光周期对细胞形态的调控作用。研究成果为甲藻分类学提供了关键形态学与分子证据，对理解甲藻进化与生态适应性具有重要意义。

　　

在神秘的微藻世界中，甲藻（dinophytes）是一类具有重要生态和进化意义的单细胞真核生物。其中，Borghiella tenuissima作为一种形态独特的淡水甲藻，自19世纪末被发现以来就因其巨大的细胞尺寸和显著的背腹扁平特征而备受关注。这种典型的冷水物种仅出现在冬季月份，喜欢低光强度环境，犹如水中的"银元"般旋转游动。然而长期以来，关于其分类地位和生物学特性存在诸多悬而未决的问题：历史记载中描述的细胞尺寸（最长可达80μm）与现代观察结果存在显著差异；不同研究者对其细胞形态特征（如沟槽延伸情况、细胞边缘形态）的描述相互矛盾；更令人困惑的是，关于其细胞分裂方式和生活史阶段的认知仍存在大量空白。

为了解开这些谜团，由德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的研究人员领衔的国际团队开展了这项深入研究。研究人员从德国和波兰的淡水环境中采集浮游生物材料，建立了单藻株系，综合运用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和分子系统学方法，对Borghiella tenuissima的形态特征、细胞分裂方式以及环境适应性进行了全面解析。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：通过光镜和扫描电镜进行形态学观察和测量；使用DAPI和甲基绿染色进行细胞核显影；建立永久切片标本并采用天蓝-伊红双重染色技术；运用SSU+ITS+LSU rRNA基因序列进行分子系统发育分析；设计温度（4°C vs 12°C）和光周期（6:18h vs 12:12h光暗循环）控制实验来研究环境因子对细胞形态的影响。

3.1. 光镜和电镜观察

研究人员发现所有菌株的形态无法区分，都呈现运动型和静止型细胞，比例约为10:1。运动型鞭毛细胞呈圆形轮廓，背腹强烈扁平化，呈盘状，以硬币旋转方式游动。上体通常比下体大，其顶端呈圆形或不对称尖锐。细胞大小呈现连续变异，长度范围24.3-45.1μm（平均33.5μm），宽度范围20.6-40.3μm（平均28.9μm）。约三分之一的细胞显示下体右侧边缘呈波浪状，这一特征与地理来源无关。细胞核位于中央，在沟槽上方，具有单个网状叶绿体（或可能是两个）充满细胞。细胞被许多五边形或六边形囊泡组成的周质包围，表面散布着一些结节状结构。

3.2. 永久切片

永久切片显示细胞内部存在极性：细胞的一半（推测为上体）几乎透明，而另一半（推测为下体）显示深蓝色积累和团块。这种极性在细胞对和球状细胞中也很明显。在一些细胞对中，可见管状结构。几乎所有细胞都显示细胞核的清晰强烈染色，细胞核形状多样，从小球形到大型C形不等。

3.3. 分子系统发育学

SSU+ITS+LSU比对长度为1818+790+3491bp，包含369+546+933个简约信息位点。最大似然树显示Phytodiniales相对于外群（Gymnodiniales和Dinophysales）是单系群，并分为三个谱系：Glenodiniaceae、Borghiellaceae和Symbiodiniaceae。所有可获得DNA序列信息的Borghiella物种都彼此区分，但Borghiellaceae内的明确关系无法推断。

研究人员通过深入研究揭示了Borghiella tenuissima复杂的生物学特性。温度实验表明，降低温度至4°C对细胞大小有显著影响（p<0.05），细胞变得更小而不是更大。同时改变日长（至6:18h光暗循环）和温度（至4°C）导致细胞长度显著增加（p<0.05）至55μm。然而，这种大细胞的细胞质在光镜下10-15分钟内显著收缩和枯萎。在这些条件下，所有菌株中偶尔观察到不寻常的形态，有些具有尖锐的顶端甚至坚硬的柄状结构。更引人注目的是，出现了更小、游动更快、形态偏离的细胞，这些细胞的下体边缘总是光滑的。

研究还发现了两种不同类型的细胞分裂方式：在运动型鞭毛细胞中进行的desmoschisis（典型的有丝分裂方式，每个子细胞保留一半亲本覆盖物并新生成另一半）和在失去鞭毛阶段进行的eleutheroschisis（亲本覆盖物被丢弃，子细胞完全再生）。这两种分裂方式同时存在于Borghiella属中，可能是该属的一致特征，并支持该属的单系性。

关于球状细胞的起源和功能，研究提出了新的见解。一些球状细胞的形态，具有卵圆形和尖锐顶端，甚至周围具有五边形或六边形囊泡的 former periplast，与Wo?oszyńska（1917）的观察惊人地相似。然而，这种细胞仅在低温和短日照下出现，这可能更符合B. tenuissima的自然偏好。其他观察（在较高温度下培养）更符合Stosch（1973）的描述，显示细胞的卵圆形或圆形轮廓而没有尖锐顶端。至少B. ovum和本研究中的生物的球状细胞具有光合活性（从叶绿体的自发荧光推断），因此不是休眠的，这再次支持它们的营养起源。

这项研究不仅为Borghiella tenuissima的分类学地位提供了新的证据，还揭示了甲藻细胞分裂机制的多样性。研究发现该物种同时存在两种有丝分裂模式，这一特征在甲藻中极为罕见，为理解甲藻的进化适应策略提供了新的视角。环境因子（温度和光周期）对细胞形态的调控作用也揭示了微生物对环境变化的响应机制，对于预测气候变化对水生生态系统的影响具有重要意义。

研究人员还对Borghiella tenuissima进行了分类学处理，指定了新模式，并讨论了几个可能同物异名的物种，包括Glenodinium limos、Glenodinium fungiforme（新异名）和Gymnodinium lens。这些分类学修订为未来甲藻分类研究奠定了坚实基础，有助于澄清长期以来存在的命名混乱问题。

该研究发表在《Protist》期刊上，不仅增进了我们对一种假定广泛分布的、对一年中寒冷月份有生态偏好的甲藻物种的认识，也为理解甲藻的进化生物学和生态适应性提供了重要见解。研究人员强调，需要进一步研究来阐明Borghiella物种的营养繁殖和有性生殖，以及环境因子如何影响其生活史策略和形态可塑性。