榕树与榕小蜂共生体系中的线虫多样性研究
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摘要：综述了榕树与榕小蜂共生体系中线虫的种类多样性研究现状，概述了分子系统发育研究在线虫中的应用。展望了榕树与榕小蜂共生体系中线虫的种类鉴定的重要意义。
关键词：榕树与榕小蜂共生体系；线虫；种类鉴定
中图分类号：Q961 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-04-0245-3
榕属植物（Ficus spp.）统称榕树，俗名无花果，为被子植物门双子叶植物纲荨麻目桑科榕属的植物统称，广泛分布在热带和亚热带地区，是热带雨林生态系统中一类关键树种[1,2]，目前全世界大约有750种[3] ，为高等植物中最大的属之一。我国榕树资源丰富，有98种[4]，主要分布于华南地区和云南等省份。榕树花序为隐头花序，每一种榕树专一地由一种榕小蜂传粉，极少例外。榕小蜂隶属昆虫纲膜翅目小蜂总科榕小蜂科（Hymenoptera：Chalcidoidea：Agaonidae）[5,6]。按照是否为榕树传粉，榕小蜂分为传粉榕小蜂和非传粉榕小蜂。榕树与传粉榕小蜂共生，榕果为传粉榕小蜂提供生长发育的环境和条件，传粉榕小蜂为榕树传粉，二者的繁衍都离不开对方[6]。这种特独的繁殖系统和传粉昆虫榕小蜂间构成了一个十分独特的且专一性很强的互利共生体系[7]，这种共生关系已发展到一对一、不可互缺的高级阶段，在形态、生理、生态、行为等各方面已全面适应[8]，是动植物间历史悠久，关系密切的协同进化模式系统[9]。近几十年来榕树与榕小蜂协同进化的研究是国际上研究植物—昆虫相互作用的一个热点。有趣的是，人们在研究榕树与榕小蜂协同进化的同时，发现在榕树与榕小蜂所处的共生体系中，除榕树和榕小蜂外还涉及线虫，这些线虫与传粉榕小蜂密切相关且存在明显的种的专化性[10]。
1864年Gasparrini首先报告了榕小蜂和线虫之间的联系[11]，当时他描述了一种裂啮滑刃线虫Schistonchus caprifici（Gasparrini，1864）[12]，与无花果（Ficus. carica）的传粉榕小蜂Blastophaga psenes L.（Gasparrini，1864）有某种联系[13]。Martin等[14]在研究非洲榕树时认为榕树也许与各种各样的线虫有关，包括Schistonchus（Cobb 1927），但缺乏分类学细节。20世纪80年代至今美国佛罗里达大学Giblin-Davis领导的研究小组对美国及中、南美洲榕树与榕小蜂共生体系中线虫进行了系统的调查研究，发现相关线虫有3个属：Schistonchus，Parasitodiplogaster和Tylaselvia，描述和鉴定了6个种[15-17]。另外，该研究小组还发现处于不同生态系统中的北美洲与南美洲相关线虫存在一定的相似性和差异性。澳大利亚Davies领导的研究小组的研究结果表明，澳大利亚榕树与榕小蜂共生体系中线虫至少有2个属，其中1个是Schistonchus，另1个是Teratodiplogaster[18]，描述和鉴定了Schistonchus的4个种[19,28,41]，Teratodiplogaster的一个种[18]。Kumari和 Reddy[20]，Reddy和Rao[21]及Anand[22]分别描述和鉴定了1个印度榕树的相关线虫种。Vovlas等[23]描述和鉴定了1个非洲榕树的相关线虫种。曾永三、李昌辉等描述和鉴定了采自中国广州对叶榕（F. hispida）、细叶榕（Ficus microcarpa）、粗叶榕（F. hirta）、榕果内Schistonchus的4个种，同时对在聚果榕（F. racemosa）、笔管榕（F. wightiana）、高山榕（F. altissima）中发现的Schistonchus的3个种正在描述和鉴定中[24]。迄今全世界共描述了榕树与榕小蜂共生体系中线虫有4个属：Schistonchus，Parasitodiplogaster，Tylaselvia和Teratodiplogaster，其中Schistonchus，Parasitodiplogaster为优势线虫属。已描述Schistonchus的12个种，分布在中美洲，北美洲，亚洲、非洲和澳洲[10,11,17,19-28]；Parasitodiplogaster的11个种[15,16,29,30]；Tylaselvia的1个种[16]；Teratodiplogaster的1个种[18]。
曾永三，李昌辉等对广州市区内开展的相关线虫多样性调查鉴定表明Schistonchus为优势线虫属，未发现Parasitodiplogaster，Tylaselvia和Teratodiplogaster，但发现了另一个正在鉴定的属：盆咽属Panagrolaimus，此属描述后将为榕树与榕小蜂共生体系中线虫的新纪录属。然而目前对于携带粗叶榕盆咽线虫的昆虫寄主及其传播途径还不清楚，需进行广泛的采样和调查研究。曾永三等还发现在同一种榕树寄主上出现多种线虫。例如，在同一地点采集的粗叶榕的榕果中陆续分离获得三种不同的线虫：一种是粗叶榕裂啮滑刃线虫，一种是未鉴定的盆咽属线虫，还有一种是未鉴定的滑刃类线虫；在广州的聚果榕上发现的未鉴定的裂啮滑刃线虫与印度学者在印度的聚果榕分离的两种裂啮滑刃线虫：S.racemosa和S.osmani在形态学上有明显差异。曾永三等[25]在中国的对叶榕上同时发现两种裂啮滑刃线虫：S.guangzhouensis和S. centerae，但在形态上这两个种与[20]在印度的对叶榕上分离得到的S.hispida明显不同。有趣的是，两个中国对叶榕线虫种是在同一时间同一地点的同一棵榕树上采集得到的，形态学及分子生物学比较的结果表明S. guangzhouensis和S. centerae这两种生态分布区重叠发生的线虫是不同的种类。
Schistonchus线虫是一类植物寄生线虫，在榕果花序的小花表皮上或者表皮内取食和繁殖，或者寄生在它的寄主榕小蜂上从而转移到其他榕果[10,13,31,32]。在榕果发育的雌花期（B阶段），榕小蜂进入到榕果内，而其体腔内携带的线虫转移到榕果的花序上，直到雄花期（D阶段），榕小蜂完成其生活史离开榕果，线虫在榕果内繁殖，所以一般要在B阶段到D阶段的榕果里面采集和分离线虫。已有组织学研究表明，绝大多数种类的榕树与Schistonchus线虫都有着潜在的联系[10]，其中包括一些Schistonchus线虫种与榕果有寄生关系。目前，从组织学上显示Schistonchus线虫造成榕树榕果花序的表皮细胞坏死或肿大等病理作用的仅限于少数榕树种，包括F. carica sylvestris L.[13,31]和六个新热带榕树种（来自佛罗里达的F. laevigata Vahl和F. aurea Nutt.以及F. popenoei Standl.，F. maxima Mill.，F. trigonata L.，以及来自巴拿马的F. glabrata Kunth）[32]。
例如在F. laevigata中，S. laevigatus成熟的昆虫携带型雌虫（entomophilic female）在榕小蜂Pegosapus sp.雌虫的体腔中被携带到B阶段的榕果内，然后线虫脱离榕小蜂，侵染未成熟的花粉囊，造成表皮和内子囊层细胞肿大[10]。相比之下，F.carica中的S.caprific造成表皮细胞肿大和雌花花梗皮层的软组织和花粉囊细丝坏死[32]，F.carica榕果中线虫的卵，幼虫和成虫可能由榕小蜂Blastophaga psenes L.的雌虫的体腔携带[13,31,32]。在F. aurea中，Schistonchus线虫造成约1%的榕果组织肿大，其病理作用大多是造成榕果壁的坏死和肿大[31]。Schistonchus线虫与F. laevigata以外的其他榕树之间的病理联系都是表面的，不会对其寄主植物或传粉榕小蜂的繁殖延续造成真正的伤害[32]。
2 线虫的分子系统发育研究概况
传统上人们主要是通过对比较形态学、胚胎发育、生理特性和生态特征的研究推测线虫的起源和系统发育，然而形态学和生态学等特征易随着生态环境的不同而发生变异，对形态学特征的选取和描述，也会有人为的影响。20世纪80年代后期，以分子生物学、系统学、遗传学、分类学和进化论等为理论基础的分子系统学（Molecular Systematics）发展起来，是在分子水平上进行生物体间以及基因间进化关系的研究的一门学科。
通过现代分子生物学技术, 获得物种特定遗传标记的大量数据，构建系统进化树，是对传统分类的主要佐证以及补充或修正。徐芬[33]采用RAPD 技术对我国索科线虫4属5种的亲缘关系进行了讨论，但由于线虫的种类有限，以及RAPD 技术自身存在的一些缺点，不能较完整地反映索科线虫的系统进化关系。真核生物的核DNA 编码区18S rDNA（SSU）和28S rDNA（LSU）含有大量的高度保守基因序列，是探讨生物高阶元分类类群系统演化的有效分子标记，近十多年来在线虫的分子系统发育研究中得到广泛应用。28S rDNA的高保守区中还含有一些高变区即进化速率较快的变异区域或者说是扩展区（D1、D2和D3），可以用于一些线虫种的鉴定和系统发育研究。D2/D3扩展片段是LSU上最常扩展的片段，比较容易扩增，可以用来研究类群之间进化关系，已经用于植物寄生线虫分类和进化研究[34,35]。线粒体DNA (mtDNA) 中蛋白质编码基因COI(细胞色素氧化酶I 基因) 属于快速进化序列，COⅠ在种内相对保守，在种间相对变异较大，在分子系统学研究中主要用于近缘种类之间的比较分析。
Blaxter等及Vandergast、Roderick对线虫动物门52属包括小杆科（Rhabditidae）[36]、垫刃目（Tylenchida）[37]和索科(Mermithidae)等共57种线虫的18S rDNA 序列进行分析，探讨了它们之间的系统发生关系。汪江一、徐芬等通过分子生物学方法对中国常见6属10种索科线虫的18S rDNA、28S rDNA和COI基因序列进行了分析，构建了它们的进化树，探讨了其系统演化关系。分析结果显示，选用18S rDNA、28S rDNA 和COI 基因三个进化速率不同的分子标记对索科线虫亲缘关系进行分析，能够反映出不同线虫间的遗传差距，从而较好地进行属、种间的分子分类及系统演化等问题研究。Nicole DeCrappeo等[17]；Baris等[38]；Bartholomaeus等[29]通过LSU D2/D3区段序列与相近属种线虫同源序列比对来分析Schistonchus（Aphelenchida: Aphelenchoididae）的线虫种。Ye等[39]利用rDNA LSU D2/D3、SSU及mtDNACOⅠ基因序列研究了Bursaphelenchus20个种间的系统发育关系。Zhao等采用贝叶斯系统分析法（Bayesian analysis）对部分滑刃科线虫的COⅠ基因及rDNA序列进行分析，发现从枯死的辐射松（Pinus radiata）分离的2种滑刃线虫与伞滑刃线虫无密切关系[40]。曾永三、李昌辉等利用核糖体DNA小亚基（SSU）rRNA基因、大亚基（LSU）rRNA基因D2/D3区段及线粒体DNA细胞色素氧化酶Ⅰ（COⅠ）基因序列分别构建了Schistonchus的种间系统发育树，对其系统发育关系进行了分析，是首次针对该属的分子系统发育关系分析[24]。
3 展望
目前榕树与榕小蜂共生体系中的线虫与其植物寄主（榕树）、昆虫寄主（榕小蜂）之间的互相关系还不够明确，需要对该共生体系中线虫及其寄主进行更多的取样调查及组织学，组织病理学等方面的研究。我国有着丰富的榕树资源，但目前我国对该共生体系中线虫多样性还缺乏研究，该体系中相关线虫到底有多少种还是一个未知数。这些线虫种间分子系统发育关系究竟如何也尚未清楚。显然对我国不同生态条件下该共生体系中线虫种类多样性开展调查，以及对相关线虫种间分子系统发育关系进行分析非常必要。
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