珠状海葵（Actinia equina）中高度分化的ITS谱系及多倍体杂交种表明，隐匿形态类型之间存在基于倍性的基因流障碍

《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Deeply diverged ITS lineages and polyploid hybrids in the beadlet anemone Actinia equina suggest a ploidy-based barrier to gene flow between cryptic morphotypes

本研究通过测序英国和爱尔兰235个A. equina及12个A. fragacea的rDNA，发现A. equina存在A/B两个高度分化的嵌合体类型，与PD颜色、生态位及核型多态性相关，支持其作为独立物种的可能，并建议进一步基因组分析。

　　在生物学研究中，准确识别和分类物种对于理解生态系统的复杂性、生物多样性的分布以及进化过程至关重要。近年来，随着分子生物学技术的进步，科学家们发现许多传统上被认为是单一物种的生物实际上包含了多个未被充分认识的物种或遗传变异群体。这种现象在一些海洋无脊椎动物中尤为显著，其中以“Actinia”属的海葵为例，该属的分类一直存在争议，其多样性与复杂性远超传统形态学分类所能揭示的范围。本文的研究聚焦于“Actinia equina”（等足海葵）和“Actinia fragacea”（草莓海葵）这两个在英国和爱尔兰海岸常见的物种，探讨它们在遗传层面的分化，尤其是与“Actinia equina”不同颜色的“pedal disc”（足盘）形态相关的基因变异。

“Actinia equina”是一种广泛分布于全球多个地区的海葵，通常被描述为具有红褐色或绿色的柱状体，而其足盘颜色则分为灰色/绿色和红色/粉色两种形态。这两种足盘颜色的形态不仅在外观上有所区别，还表现出不同的生态特征、分布模式、行为习惯以及遗传标记的频率差异。尽管如此，关于这些形态在DNA水平上的分化研究仍然相对有限。因此，本研究通过对中国和英国的多个样本进行基因测序，试图揭示其遗传结构的复杂性，并探讨其分类地位的可能变化。

研究团队采集了来自英国和爱尔兰的235个“Actinia equina”样本以及12个“Actinia fragacea”样本，对它们的rDNA（核糖体DNA）区域进行了测序，其中包括ITS（内部转录间隔）序列。通过对这些序列的分析，研究人员发现了18种不同的haplotype（单倍型），其中13种属于“Actinia equina”，5种属于“Actinia fragacea”。值得注意的是，这些单倍型在遗传上表现出显著的分化，尤其是在“Actinia equina”内部，其单倍型被划分为两个深度分化的主要类群，即Group A和Group B。这两个类群在haplotype网络中彼此之间的最小突变步数超过107步，这表明它们之间存在较为明显的遗传差异。

进一步分析显示，Group A的单倍型与“Actinia bermudensis”（百慕大海葵）和“Actinia tenebrosa”（澳洲海葵）的单倍型关系较为密切，仅在少数突变步数上存在差异。这提示我们，Group A的单倍型可能是全球分布的单一谱系，或者是近期从其他地区引入的。相比之下，Group B的单倍型则显示出更大的分化，且在某些方面与Group A的单倍型存在显著差异。这种分化可能反映了“Actinia equina”内部的进化历史，或者提示该物种可能包含多个独立的遗传群体。

此外，研究团队还通过流式细胞术对样本的倍性进行了分析。结果显示，所有“Actinia fragacea”样本均为二倍体，而“Actinia equina”样本中，58%为二倍体，42%则被推测为三倍体。这一发现具有重要意义，因为它表明不同形态的“Actinia equina”可能在倍性水平上存在差异。更重要的是，所有被推测为三倍体的样本都表现为A/B diplotype（二倍型）的杂合子，这提示我们，ITS序列的杂合状态可能与倍性水平相关联。这种现象可能意味着，ITS的同源型和异源型在更广泛的样本集中表现出不同的倍性特征，从而影响其分类和演化研究。

在“Actinia equina”中，足盘颜色与ITS单倍型之间的关联性非常显著。统计分析显示，足盘颜色与ITS单倍型之间存在强烈的正相关（Χ2 = 146.92，p < 0.0001），其中红色/粉色足盘的个体中，A/B异源型的频率高达43.2%，而绿色/灰色足盘的个体中，这一频率仅为8.8%。这一结果不仅表明足盘颜色与遗传多样性之间存在密切联系，还可能意味着这些颜色形态在进化过程中经历了不同的选择压力或适应机制。例如，红色/粉色足盘的个体更常见于中上潮带，这可能与其适应特定环境条件的能力有关。

进一步的观察表明，这些颜色形态在生态分布、行为模式和遗传特征上都存在显著差异。例如，绿色/灰色足盘的个体更倾向于分布在低潮带，而红色/粉色足盘的个体则更常见于中潮带和高潮带。这种分布模式可能与它们对不同环境条件的适应性有关，比如温度、盐度、光照强度等因素。此外，这些颜色形态在行为上也表现出差异，例如攻击性、活动范围和繁殖行为等，这些差异可能进一步影响其遗传结构和演化路径。

在遗传层面，研究团队还发现，不同颜色形态的“Actinia equina”在某些特定的基因位点上表现出不同的突变频率和分布模式。这种遗传分化可能源于长期的地理隔离、环境适应性选择或种群间的基因流动受限。尽管目前尚无明确证据表明这些颜色形态之间存在生殖隔离，但三倍体个体的高频率以及它们与特定单倍型的关联性，提示我们这些形态可能在繁殖过程中表现出一定程度的隔离现象。这可能意味着，虽然不同颜色形态的个体之间仍可能存在杂交，但这种杂交的频率较低，从而导致了遗传分化。

值得注意的是，尽管ITS序列在分类学研究中具有重要价值，但其高度的多样性也给系统发育分析带来了挑战。由于ITS序列在不同物种间存在较大的变异，因此在构建系统发育树时，可能会出现难以确定的同源关系，进而影响分类的准确性。因此，研究团队建议，为了更全面地理解“Actinia”属的分类地位和演化历史，需要结合其他基因组区域的数据，如18S和28S rRNA基因，进行更广泛的基因组分析。这种综合性的方法不仅有助于揭示物种之间的亲缘关系，还能为潜在的分类学修订提供依据。

此外，研究还发现，ITS序列的相似性在“Actinia”属的不同物种之间较为显著。这一现象可能意味着，这些物种在进化过程中共享了某些保守的基因区域，而ITS序列的多样性则反映了它们在适应不同环境条件时的遗传变化。因此，ITS序列虽然在系统发育分析中具有重要地位，但它并不能完全代表整个基因组的演化信息。因此，未来的研究应更加注重多基因组区域的联合分析，以获得更准确的分类信息。

综上所述，本研究通过对“Actinia equina”和“Actinia fragacea”样本的ITS序列分析以及倍性测定，揭示了该属内部的遗传分化现象。特别是“Actinia equina”中红色/粉色足盘形态与绿色/灰色足盘形态之间的显著差异，提示我们这些形态可能代表不同的遗传群体或潜在的物种。同时，三倍体个体的高频率以及它们与特定单倍型的关联性，进一步支持了这些形态可能存在一定程度的生殖隔离。这些发现不仅对“Actinia”属的分类学研究具有重要意义，也为理解海洋无脊椎动物的演化机制提供了新的视角。未来的研究应结合更多的基因组数据，以更全面地揭示这一属的遗传多样性及其演化历史。