采用多相方法首次观察从伊朗淡水中分离的Trichormus sp. 121B（蓝藻目，念珠藻科）

《Phycology Journal》：First observation of Trichormus sp. 121B (Nostocales, Nostocaceae) isolated from freshwater in Iran, using a polyphasic approach

　　

为增加对伊朗戈勒斯坦省蓝藻多样性的认识，研究人员分离了一株类似Trichormus的蓝细菌。该菌株编号为121B，采用结合形态学、生态学以及16S-23S内转录间隔区（ITS） rRNA基因区域系统发育分析的多相方法进行研究。此外，利用p-distance方法推断系统发育关系。此全面系统发育分析共纳入149条序列，以确保获得可靠的进化见解。结果表明，该菌株在形态上与Trichormus属无法区分，但基于贝叶斯推断（BI）和最大似然法（ML）的系统发育分析将其置于一个独立、高度支持（96.3% ML）的属级单系群中，与狭义的Trichormus（sensu stricto）相距较远，并以Cyanocohniella作为姐妹类群。16S rRNA基因的p-distance计算结果也证实了该菌株与其他Trichormus物种的相似性为91%。D1-D1’和Box-B二级结构显示了该菌株的独特性，因其与蓝藻目（Nostocales）内最接近的属没有相似的模式。基于以上所有原因，并依据《国际藻类、真菌和植物命名法规》，研究人员在此描述了Trichormus sp. 121B的系统发育。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

蓝细菌（Cyanobacteria）是革兰氏阴性原核生物，能进行产氧光合作用，部分种类可固定大气氮，在氮循环中起重要作用。然而，蓝细菌分类学复杂，传统仅依赖形态学特征常因环境条件导致的表型可塑性而难以准确界定物种。Trichormus属是从传统鱼腥藻属（Anabaena）中基于异形胞（akinete）发育差异分离出的新属，但针对该属菌株的系统发育分析仍有限，存在进化关系不清的问题。为此，研究人员从伊朗戈勒斯坦省淡水环境中分离出一株类似Trichormus的蓝细菌（菌株121B），旨在通过多相方法明确其分类地位，并揭示该地区蓝藻多样性。

**研究目的与意义**

研究旨在运用多相方法（形态学、生态学、16S-23S ITS rRNA系统发育分析和二级结构比较）对菌株121B进行鉴定，以评估其与Trichormus属及其他近缘类群的进化关系。该研究有助于填补Trichormus属系统发育知识的空白，为蓝细菌分类学修订提供分子证据，并扩展对伊朗淡水蓝藻多样性的认知。论文发表在《Phycology Journal》。

**主要关键技术方法**

1. **样本采集与培养**：2016年6月从伊朗戈勒斯坦省戈尔甘市淡水系统（36°51′25″N, 54°26′55″E）采集蓝藻席，使用BG-110培养基分离纯化，获得单藻株121B。培养条件为28±2°C、光照50-55 μmol photons m?2 s?1、光周期14:10 h（光照:黑暗）。

2. **形态学分析**：使用光学显微镜和数码相机观察细胞形态，测量细胞参数（50-200次/参数），依据标准分类学手册鉴定。

3. **分子系统发育分析**：提取基因组DNA，扩增16S rRNA基因和16S-23S ITS区域（引物见表1），克隆测序。采用最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）构建系统发育树（共149条序列），使用TVM+F+I+G4和GTR+F+I+G4模型，通过1000次超快bootstrap和SH-aLRT检验评估分支支持。

4. **ITS二级结构预测**：使用M-fold web服务器（v2.3）预测D1-D1’、D2、D3、Box A、Box B、D4等区域的二级结构，并与参考菌株对比。

**研究结果**

**形态学分析**
通过光学显微镜观察，菌株121B在固体培养基上形成从浅绿到深绿的胶质菌落，细胞长5-8 μm、宽2-3 μm，形成长而波状的丝状体，具明显隔膜。异形胞（heterocytes）呈骨形或球形，厚壁孢子（akinetes）罕见（透镜状或椭圆形，8-12 μm）。与其他Trichormus物种相比，121B的末端细胞具两个角刺和刚毛，丝状体可呈现明显分枝，这些特征区别于已报道的Trichormus种类。

**系统发育分析**
基于16S rRNA基因序列（1213 bp）的ML系统发育树显示，菌株121B与Trichormus sp. ATA115KO18AURT和Trichormus sp. ATA114KO3p441DK聚为一个独立的高支持率单系群（ML bootstrap = 96.3%，BI后验概率 = 0.98），与狭义Trichormus（sensu stricto）分离，且与Cyanocohniella为姐妹类群。16S rRNA p-distance分析表明121B与其他Trichormus物种的相似性为91%，低于94.5%的属级区分阈值，支持其属级独特性。BI分析（GTR+F+I+G4模型）与ML拓扑结构一致，且Trichormus属本身并非单系（ML BS = 12%，BI PP = 0.15），表明需进行属级分类修订。

**16S-23S ITS二级结构分析**
D1-D1’螺旋和Box-B螺旋的二级结构在菌株121B与参考菌株（Trichormus sp. ATA115和Trichormus sp. ATA114KO3）间存在显著差异。D1-D1’螺旋长度一致（65个核苷酸），但基序（如末端双侧凸起、双侧凸起、单侧凸起、基部夹）的组成和位置不同；Box-B螺旋长度在121B中为44个核苷酸（与ATA115相同），而ATA114KO3为50个核苷酸，且末端双侧凸起和双侧凸起结构各异。这些差异表明ITS区域可作为该属内精细分类的有效标记。

**讨论与结论**

**讨论**
本研究通过多相方法证实了菌株121B在形态学、16S rRNA系统发育和ITS二级结构上的独特性。尽管形态学上与其他Trichormus物种相似，但末端细胞具角刺和刚毛等特征未见于该属其他物种。系统发育分析显示121B位于狭义Trichormus分支内的高支持率独立亚支，且p-distance值（<91%）强烈支持其属级新分类单元。ITS二级结构的差异（尤其是D1-D1’和Box-B）进一步支持其独特性。然而，由于GenBank中Trichormus属的ITS序列有限，分析仅局限于两个最近缘菌株，属级结论受数据库资源约束。研究还发现念珠藻科（Nostocaceae）内存在多系性，需进一步广泛采样和多位点分析来确认121B的分类地位并解决Trichormus属的非单系问题。

**结论**
（翻译原文结论部分）
总结而言，蓝细菌分类学是一个动态领域，持续受分子系统发育学和整合方法（形态学、遗传学、生态学）的推动而修订。Trichormus属体现了这一复杂性，传统形态学分类已被揭示多系性和隐秘多样性的分子数据所挑战。本研究通过提供新的系统发育和ITS二级结构数据，精确化了Trichormus及其近缘类群的界定。通过整合分子分析与详细的形态学比较，研究人员证明了蓝细菌分类学中多方面方法的必要性，这对于解决分类学歧义、推进对蓝细菌进化与多样性的广泛理解至关重要。