异叶足纲(Heterolobosea)中多鞭毛与多沟生命阶段的深度分支谱系研究

这篇研究报道了马来西亚淡水鞭毛虫新种Multisulcus malaysiensis nom. prov.（暂定名）的发现，通过电子显微镜观察揭示了其独特的"典型掘鞭毛虫(excavate)"形态特征：具有微管强化的腹侧沟(ventral groove)和后鞭毛(Posterior flagellum, PF)的翼状结构(vane)。该生物同时存在典型双鞭毛形态和罕见的四鞭毛/多鞭毛形态，分子系统学分析表明其位于异叶足纲(Heterolobosea)的深分支位置，是已知真四鞭毛类(Eutetramitia)的姐妹群。研究为理解典型掘鞭毛虫特征的演化提供了重要线索。

　　

引言

在真核生物系统发育树中，多个远缘的深分支谱系共享被称为"典型掘鞭毛虫(excavate)"的形态特征，包括由复杂细胞骨架支撑的悬浮取食腹侧沟(ventral groove)和带翼状结构的后鞭毛(PF)。在盘鞭毛类(Discoba)中，这些特征仅见于最基部分支——以拥有最基因丰富且类细菌线粒体基因组著称的雅各巴纲(Jakobida)。异叶足纲(Heterolobosea)部分成员虽保留腹侧沟，但丢失了其他典型特征，如鞭毛翼状结构和部分鞭毛根元件。

材料与方法

从马来西亚棕榈油厂淡水环境分离获得克隆培养株NY0229，暂定名为Multisulcus malaysiensis nom. prov.。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察细胞形态，通过18S rRNA基因测序和转录组分析进行系统发育研究。

结果

光学显微镜观察

NY0229具有双鞭毛和多鞭毛两种稳定存在的生活阶段。双鞭毛细胞呈卵圆形(7-8 μm)，具明显腹侧沟；多鞭毛细胞(8-42 μm)含多个周边分布的细胞核。所有细胞均含大型圆形液泡，未观察到阿米巴或包囊阶段。

扫描电镜特征

双鞭毛细胞腹侧沟贯穿细胞全长，内表面呈肋状结构。后鞭毛(PF)具有显著的腹侧翼状结构(1.8-4.0 μm长)，所有鞭毛近端和远端均具半圆形扁平突起。四鞭毛细胞可呈现两个反向腹侧沟的特殊构型。

透射电镜特征

细胞核含中央核仁，线粒体具盘状嵴(discoidal cristae)并被粗面内质网包裹。鞭毛器由两个近正交的基体(kinetosome)组成，腹侧沟由至少14根微管支撑。观察到类似排放体(extrusome)的电子致密体。

分子系统学分析

18S rRNA(2531 bp，GenBank PQ627902)和多基因系统发育分析均支持NY0229位于四鞭毛类(Tetramitia)深分支位置，是赛莱纳纲(Selenaionea)和真四鞭毛类(Eutetramitia)的姐妹群。其18S rRNA具有四鞭毛类特异的17_1螺旋结构，但缺乏咽单胞纲(Pharyngomonada)特有的MFP-ACAA1基因融合特征。

讨论

腹侧沟与鞭毛翼状结构的演化意义

这是首次在异叶足纲中发现鞭毛翼状结构，该结构与腹侧沟协同增强悬浮取食效率。多鞭毛阶段显示karyomastigont(核鞭毛复合体)的多聚化现象，类似双滴虫纲(Diplomonadida)的演化特征。

基体与鞭毛器的演化

正交基体排列方式与最基部分支(咽单胞纲和指单胞纲Dactylomonas)相似，支持其为异叶足纲祖先特征。研究推测"双双鞭毛(double bikont)"结构可能源于细胞分裂障碍导致的鞭毛器复制。

分类学意义

建立暂定新分类单元Multisulcus malaysiensis nom. prov.，其特征组合在异叶足纲中独一无二：同时保留鞭毛翼状结构和多型性投射，并具有多核多沟的多鞭毛阶段。该发现为理解典型掘鞭毛虫特征的丢失机制提供了关键节点。

展望

由于培养株意外死亡，未能确定阿米巴阶段是否存在。未来研究需通过新采样验证生活史特征，并通过电镜解析翼状结构的超微结构以确认其与典型掘鞭毛虫的同源性。