海洋异养纳米鞭毛虫新属Hirugamonas aperieos的形态学与超微结构特征及其系统发育分析

推荐：本研究从日本海Hiruga湖分离培养了一株新型海洋异养纳米鞭毛虫(HNF)，通过光镜、电镜和18S rRNA基因测序技术，揭示了其独特的双鞭毛结构、细胞沟槽形态及微管根系特征，并确立为新属Hirugamonas。该发现填补了Bicosoecida目分类学空白，为理解海洋微食物网中HNF的生态功能提供了新视角。

　　

在浩瀚的海洋微食物网中，异养纳米鞭毛虫(Heterotrophic nanoflagellates, HNF)扮演着关键角色——它们通过捕食细菌实现能量传递，是连接微生物环与高阶营养级的重要纽带。然而，Bicosoecida目这类广泛分布于不同盐度环境的HNF群体，却因形态特征贫乏和超微结构数据不足，长期存在分类学混乱。尤其是一些缺乏典型特征（如鞘壳、鳞片）的类群，仅凭光镜观察难以准确归类，严重制约了对其生态功能的深入认知。

针对这一难题，福井县立大学的研究团队从日本Hiruga湖的混合水层中成功分离出一株独特的HNF——HIYC8菌株。通过整合多学科技术手段，研究人员发现该生物具有一系列突破性的特征：其球形或D形的细胞缺乏传统分类标志物（如鞘壳、鳞片），但具有可伸展的沟槽边缘和由6-8束微管支撑的胞口结构；更引人注目的是其异质双鞭毛系统——前鞭毛带有三分支的羽状鞭毛丝(mastigonemes)，后鞭毛则光滑短小，且在鞭毛过渡区观察到独特的螺旋纤维结构。这些特征使其无法归属于任何已知属，而18S rRNA基因系统发育分析进一步证实，该菌株与近缘属Bicosoeca的遗传距离达7.7%，形成独立分支。基于此，研究者建立了新属Hirugamonas（模式种H. aperieos），其名称源自采样地Hiruga湖及拉丁语"aperieos"（意为快速伸展的捕食行为）。这项发表于《Protist》的研究，不仅为Bicosoecida目增添了新成员，更通过详尽的超微结构描述，为未来环境宏基因组数据的生物学注释提供了可靠参照。

关键技术方法包括：1) 采用人工海水-酵母提取物培养基从Hiruga湖10米深水样中分离纯化；2) 结合快速冷冻-冷冻置换技术与透射电镜(TEM)解析细胞器三维结构；3) 18S rRNA基因测序及基于GTR+G+I模型的贝叶斯系统发育分析；4) 通过温度(7-32°C)和盐度(14-59‰)梯度实验测定生长适应性。

【研究结果】
2.1 精细结构特征
电镜观察揭示：前鞭毛基部存在半月形排列的微纤维束，形成独特的Z字形结构；过渡板中央凹陷，上方有与双联微管接触的螺旋纤维。微管根系R2呈现8+3排列模式，其中3条微管("abc"亚基)延伸至胞口后消失，剩余8条逐渐减少为6条支撑沟槽右缘。这种微管重组模式与已知属Bicosoeca、Cafeteria等显著不同。

2.2 最适生长条件
该菌株在21-30‰盐度和25-31°C温度区间表现最佳生长，日均增长率达1.96±0.11，符合典型海洋嗜温HNF特征。值得注意的是，在32°C时细胞完全失活，而在46‰高盐环境中仍保持增殖能力，显示其对海洋环境的高度适应性。

2.3 18S rRNA基因系统发育
构建的ML树显示HIYC8与未培养的Bicosoecida sp. clone GCo-2019a(相似度99%)构成单系群，与Bicosoeca属形成姐妹群关系(自展支持率54%)。p-距离分析表明，该分支与最近属Bicosoeca的差异(7.7±0.9%)远超属内差异(4.2-8.6%)，从分子水平确认了新属的独立性。

【结论与意义】
这项研究通过多维度证据确立了Bicosoecida目新属Hirugamonas，其突破性价值体现在三方面：首先，该属融合了Cafeteria属的捕食特征与Bicosoeca属的鞭毛器结构，却具有独特的微管组织方式，为理解bicosoecid的形态进化提供了"缺失环节"；其次，发现的鞭毛过渡区新型螺旋纤维和基底体内部微纤维束，为后续研究鞭毛器组装机制提供了新线索；最重要的是，研究建立的形态-分子关联数据库，将显著提升对海洋环境DNA调查中MASTs(Marine Stramenopiles)类群的注释精度，助力解析全球海洋碳循环的微生物驱动机制。正如研究者Kataoka和Kishikami强调的，这种"显微形态学+分子系统学"的研究范式，将成为破解海洋原生生物多样性之谜的关键钥匙。