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捕食线虫真菌是用菌丝特化形成的捕食器官捕食线虫的一类真菌。在自然条件下对线虫种群动态起着重要的调节作用。由于捕食功能基因要比rDNA和看家基因受到的环境选择压力更大,进化速率也更快,因此,用功能基因能够更真实地反映捕食线虫真菌各捕食器官类群的系统发育关系。捕食线虫真菌化石的发现可以推测捕食线虫真菌各捕食器官类群的分化时间表和进化历程。捕食器官的形态特征是对其进化过程的记录。小分子信号分子已被证明对真菌一些特殊器官的形态发生有重要调控作用。因此,本研究利用两个捕食功能基因和两个捕食线虫真菌化石研究捕食线虫真菌的系统发育和进化历程,同时还讨论了小分子信号分子对捕食器官形态发生的作用。
在真菌侵染线虫过程中充当毒力因子的两个捕食功能基因,丝裂原活化蛋白激酶和丝氨酸蛋白酶基因被用来研究捕食线虫真菌系统发育关系和进化。将18株捕食线虫真菌的MAPK和丝氨酸蛋白酶基因拼接,使用最小距离法,最大简约法,最大似然法和贝叶斯法来构建系统发育树,四种计算方法得到发育树拓扑结构基本一致。结合形态发生观察,得到了以下三个结论:(ⅰ).黏性分枝,无柄黏球及串球在系统发育树上聚在一个分支,将其归为一个属Gamsylella;(ⅱ).以有柄黏球(包括伴生有非收缩环的类群)为特征的Dactylellina属,在系统发育树上也聚在一个分支,应该与Gamsylella属分开。该类群有一明显的进化特征就是黏球可以随线虫的挣扎从柄上脱落,并随线虫移动到新的环境中去;(ⅲ).以黏性网为特征的Arthrobotrys属比Gamsylella属更进化,Gamsylella属具有简单不稳定的捕食器官结构且在系统发育树上比Arthrobotrys属分化出来的更早,因此更原始。
研究了ABA,NO和H2O2对捕食线虫真菌Drechslerela stenobrochaYNWS02-9-1捕食器官形态建成的作用。结果显示,NO供体(sodium nitroprusside,SNP)100μM(0.75 cm2面积上平均产生54个捕食器官,54 traps/colony;捕食率0),可明显抑制捕食器官生成和捕食率。而NO合酶抑制剂(1-naphthylacetic acid,L-NNA)100μM(733 traps/colony;39.3%)和NO清除剂[2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide,cPTIO]100μM(1180 traps/colony;34.5%)可以明显地促进捕食器官生成和提高捕食率。外源ABA能明显促进捕食器官生成(1590 traps/colony;81.7%),并且与NO合酶抑制剂(L-NNA)共同作用,能最大限度地提高捕食器官数量和捕食率(1938 traps/colony;92.4%)。外源H2O250μM(64 traps/colony)较对照(166 traps/colony)可明显抑制捕食器官生成,而具有还原性的试剂抗坏血酸100μM(1392 traps/colony)和褪黑素(melatonin)10μM(932 traps/colony)可以明显地促进捕食器官的生成。以上研究证明,ABA能够促进捕食线虫真菌D.stenobrocha捕食器官的形态建成,而外源NO and H2O2则抑制其形态建成。
两个捕食线虫真菌化石分别作为有柄黏球的产生时间(22.5到26 MYA)和伴生有非收缩环黏球类群的产生时间(100 MYA)作用于功能基因构建的ML树来计算捕食线虫真菌各捕食器官类群的分化时间表。另外还用两个已经确定比较可靠的真菌化石分别作为粪壳菌纲产生时间(400 MYA)和球囊霉日产生时间(460 MYA)作用于以壶菌门真菌Chytriomyces poculatus为外群构建的ITS贝叶斯树,来验证捕食线虫真菌分化时间表的可靠性。用BEAST v.1.4.7选择不相关的对数变化率模型和Yule prior分布来分析各个分枝的进化速率。以捕食线虫真菌化石作为时间标定点的结果表明,收缩环(Drechslerella)分化于210.0 MYA,其它黏性捕食器官包括黏性分枝和无柄黏球串球(Gamsylella),黏性网(Arthrobotry)以及有柄黏球或伴生非收缩环类群(Dactylellina)分别分化于185.3,158.0和117.3 MYA。该结果表明中生代是捕食线虫真菌产生和分化的重要地质年代。