馬麗芳, 劉俊稚, 劉新穎, 汪志平, 陳子元

浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 農(nóng)業(yè)部核農(nóng)所重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310029

富油微藻布朗葡萄藻分子生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展

馬麗芳, 劉俊稚, 劉新穎, 汪志平*, 陳子元

浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 農(nóng)業(yè)部核農(nóng)所重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310029

分子生態(tài)學(xué)是研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相互作用機(jī)理及其分子機(jī)制的科學(xué)，可以從宏觀和微觀結(jié)合的角度真實(shí)反映生態(tài)現(xiàn)象的本質(zhì)。簡(jiǎn)述產(chǎn)烴布朗葡萄藻形態(tài)與化學(xué)種等生理生態(tài)特征的基礎(chǔ)上，綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外布朗葡萄藻分子生態(tài)學(xué)研究的新進(jìn)展，主要包括分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)及其與化學(xué)種、基因組、地理來(lái)源等之間的關(guān)系。經(jīng)典分類學(xué)上，關(guān)于布朗葡萄藻屬于綠藻門(mén)(Chlorophyta)還是黃藻門(mén)(Xanthophyta)存在爭(zhēng)議，而基于18S核糖體核糖核酸(18S ribosomal ribonucleic acid，18S rRNA)序列的分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究結(jié)果將布朗葡萄藻界定為綠藻門(mén)、共球藻綱(Trebouxiophyceae)。依據(jù)藻株的產(chǎn)烴種類和化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，可將布朗葡萄藻劃分為A、B和L 3個(gè)化學(xué)種，而布朗葡萄藻的分子系統(tǒng)學(xué)進(jìn)化關(guān)系與化學(xué)種間高度統(tǒng)一。在基因組大小上，位于同一大亞聚群中的化學(xué)種B與L間卻存在明顯差異，而進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)的化學(xué)種B與A間則更相近。不同地理來(lái)源布朗葡萄藻的18S rRNA序列和內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(internal transcribed spacer，ITS)多態(tài)性較高，提示不同地緣藻株間存有較高的遺傳多樣性。探討了布朗葡萄藻分子生態(tài)學(xué)研究尚待解決的問(wèn)題，并對(duì)今后相關(guān)研究做了展望。

布朗葡萄藻; 形態(tài)學(xué); 化學(xué)種; 分子生態(tài)學(xué); 分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)

布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)因其脂質(zhì)含量高、不占用耕地及可利用CO2光合產(chǎn)烴等優(yōu)勢(shì)，成為具有重大開(kāi)發(fā)潛力的能源微藻之一[1]。布朗葡萄藻具有梨形單細(xì)胞、串狀集落等典型形態(tài)特征，富含烴類和脂肪酸等代謝產(chǎn)物[2- 3]。其主要烴類組成與化學(xué)結(jié)構(gòu)等常因藻株不同而存在明顯差異，一般可據(jù)此分為A、B和L 3個(gè)化學(xué)種[4- 6]。然而，由于布朗葡萄藻的形態(tài)特征和生化組分等易受環(huán)境因素影響[7- 11]，利用以形態(tài)學(xué)為主要依據(jù)的經(jīng)典分類學(xué)界定布朗葡萄藻時(shí)往往會(huì)存在較大難度與爭(zhēng)議。

隨著分子生物學(xué)與生態(tài)學(xué)的相互滲透和發(fā)展，分子生態(tài)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生[12- 13]。分子生態(tài)學(xué)應(yīng)用分子生物學(xué)的原理和方法，使生態(tài)學(xué)研究從表觀特征觀察深入到生物體內(nèi)各種生物活性分子以及這些分子與環(huán)境相互作用的機(jī)制，進(jìn)而以宏觀與微觀緊密結(jié)合的角度反映生態(tài)系統(tǒng)中生物個(gè)體和種群間關(guān)系的本質(zhì)[14- 15]。近年來(lái)，相關(guān)分子生態(tài)學(xué)研究在揭示布朗葡萄藻的分類地位、遺傳多樣性及系統(tǒng)演化等方面不斷發(fā)展，并取得了一定成果。本文在簡(jiǎn)述布朗葡萄藻形態(tài)學(xué)與化學(xué)種特征的基礎(chǔ)上，著重介紹其分子生態(tài)學(xué)研究的最新進(jìn)展，并對(duì)今后面臨的挑戰(zhàn)與研究動(dòng)向進(jìn)行探討與展望。

1 布朗葡萄藻的生理生態(tài)特性

1.1 形態(tài)學(xué)特征

布朗葡萄藻是一種單細(xì)胞光合微藻，廣泛分布于世界熱帶、亞熱帶和溫帶的淡水和微咸水等水域中[16]，其典型形態(tài)學(xué)特征為：?jiǎn)渭?xì)胞呈梨形，長(zhǎng)7—13 μm，寬5—9 μm，具有一個(gè)裸露蛋白核、細(xì)胞核、葉綠體、淀粉核等；基質(zhì)外壁富含脂質(zhì)，使各單細(xì)胞呈輻射狀聚成串狀集落[1, 8, 17- 18]。在我國(guó)淡水藻志及一些其他研究中，認(rèn)為布朗葡萄藻具有綠藻門(mén)(Chlorophyta)的本征性，隸屬于綠藻門(mén)、綠藻綱(Chlorophyceae)、綠球藻目(Chlorococcales)、葡萄藻科(Botryococcaceae)、葡萄藻屬(Botryococcus)[17, 19- 20]；而根據(jù)其質(zhì)體和淀粉粒的結(jié)構(gòu)，胡鴻鈞和魏印心[21]、Smith[22]等建議將其歸入黃藻門(mén)(Xanthophyta)、黃藻綱(Xanthophyeeae)。布朗葡萄藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)不僅在不同藻株之間存在差異，即使同一藻株的不同培養(yǎng)條件和生長(zhǎng)階段也有所不同。由于布朗葡萄藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)易受溫度、pH、光照等環(huán)境條件的影響[7- 11]，使得以形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的經(jīng)典分類學(xué)鑒定工作的難度大為增加，且鑒定結(jié)果也易引起爭(zhēng)議。因此，經(jīng)典分類學(xué)在布朗葡萄藻藻種的分類、鑒定上存在較大局限性，還須結(jié)合分子生態(tài)學(xué)等彌補(bǔ)其局限和不足。

1.2 化學(xué)種類及其特征

根據(jù)其烴類化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)的不同，可以將布朗葡萄藻分為A、B和L 3個(gè)化學(xué)種[4- 6, 23- 25]。(1)化學(xué)種A：主要合成無(wú)分枝、直鏈、奇數(shù)碳鏈C23—C33的n-二烯烴、三烯烴，其中二烯烴含量較多。(2)化學(xué)種B：主要合成不飽和的三萜類烯烴(CnH2n-10,n=30—37)，包括C30—C37的葡萄烯和C31—C34的甲基鯊烯等[26]，其中葡萄烯含量較多，通常能占到細(xì)胞干重的27%—86%。(3)化學(xué)種L：僅合成一種分枝上存在苯環(huán)或雜環(huán)的四萜類烯烴(C40H78)，含量為細(xì)胞干重的2%—8%。在上述3個(gè)化學(xué)種中，葡萄藻所含脂質(zhì)均是石油和煤的主要組成成分[27- 29]。其中，化學(xué)種A和化學(xué)種B的含烴量相對(duì)較高，在作為烴類燃料的生產(chǎn)上要優(yōu)于化學(xué)種L。在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下，和化學(xué)種L相比，化學(xué)種A、B的細(xì)胞通常較大；而且，在穩(wěn)定生長(zhǎng)期，化學(xué)種A常呈綠色或淺黃色，而化學(xué)種B、L則呈桔紅或桔褐色[8, 30]。因此，葡萄藻的這些特定形態(tài)特征可用于其化學(xué)種的初步判斷。

此外，Templier等[31]發(fā)現(xiàn)另一種化學(xué)種Gb的二烯烴與化學(xué)種A相似，但烯鍵同時(shí)存在順式和反式；Kawachi等[32]報(bào)道發(fā)現(xiàn)了含有C18—C20環(huán)氧樹(shù)脂正烷烴的新化學(xué)種S。可見(jiàn)，隨著研究的深入，布朗葡萄藻的化學(xué)分類正得以不斷地補(bǔ)充和完善。

2 布朗葡萄藻的分子生態(tài)學(xué)研究

2.1 分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究

基于形態(tài)特征的經(jīng)典分類學(xué)是現(xiàn)代生物分類學(xué)的基礎(chǔ)。隨著分子系統(tǒng)學(xué)研究策略及分析手段的日益完善，植物分類學(xué)領(lǐng)域在注重傳統(tǒng)經(jīng)典分類學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)了以蛋白質(zhì)、核酸等為證據(jù)的分子系統(tǒng)學(xué)研究[33]，以期對(duì)經(jīng)典分類學(xué)起到驗(yàn)證和補(bǔ)充的作用。布朗葡萄藻的形態(tài)、生理生化等表型特征在外界因素的影響下容易發(fā)生變化，但這種表型特征在本質(zhì)上是由藻株的基因型所決定的。因此，直接反映基因型的分子數(shù)據(jù)是研究系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的理想標(biāo)記，是進(jìn)行基因分型和遺傳多樣性研究的良好位點(diǎn)。

分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究有兩大分子標(biāo)記，即蛋白質(zhì)與核酸[34- 35]。蛋白質(zhì)是分子系統(tǒng)學(xué)研究中最早應(yīng)用的分子，隨著聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)擴(kuò)增及自動(dòng)測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，核酸測(cè)序分析逐漸成為闡明系統(tǒng)演化關(guān)系最為有效的方法。在核酸測(cè)序分析中，常用于分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究的基因片段包括：核基因片段18S rRNA序列、ITS序列等，葉綠體基因片段1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶基因(1,5-bisphosphate carboxynase/ oxygenase large subunit gene，rbcL)等，以及線粒體基因片段等[36- 38]。目前，布朗葡萄藻的分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究主要利用核基因18S rRNA與ITS區(qū)，及葉綠體基因rbcL序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)分析，從基因水平闡明其分類地位、遺傳多樣性及系統(tǒng)演化等。

經(jīng)與其他微藻核糖體小亞基 RNA 序列[39]比對(duì)分析，Sawayama等[40]建立了第一個(gè)針對(duì)布朗葡萄藻的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，發(fā)現(xiàn)布朗葡萄藻B.brauniiKützing(Berkeley；化學(xué)種B)屬于綠藻門(mén)、綠藻綱，同小樁藻(Characiumvaculatum)和巴夫杜氏藻(Dunaliellaparva)親緣較近。Senousy等[41]構(gòu)建了布朗葡萄藻不同化學(xué)種藻株與53個(gè)綠藻門(mén)藻株的18S rRNA序列系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，發(fā)現(xiàn)布朗葡萄藻屬于綠藻門(mén)、共球藻綱(Trebouxiophyceae)，并與共球藻綱的Choricystis親緣關(guān)系最近。上述結(jié)果有力支持了布朗葡萄藻屬于綠藻門(mén)的觀點(diǎn)，但對(duì)其所屬綱別仍存在分歧。

Weiss等[42]針對(duì)B.brauniiBerkeley藻株重建了18S rRNA序列系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，并通過(guò)布朗葡萄藻β-肌動(dòng)蛋白的互補(bǔ)脫氧核糖核酸(complementary deoxyribonucleic acid，cDNA)序列系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)來(lái)驗(yàn)證其結(jié)果，認(rèn)定B.brauniiBerkeley屬于共球藻綱。國(guó)內(nèi)王朋云等[43]利用綠球藻目(Chioroeoeeales)、柄球藻目(Misehoeoceales)、衣藻目(ehiamydomonadales)和小球藻目(Chiorellales)的rbcL序列構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，同樣發(fā)現(xiàn)布朗葡萄藻株與共球藻綱、小球藻目的藻株同屬一大簇群。因此，分子系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)證實(shí)布朗葡萄藻屬綠藻門(mén)、共球藻綱，為澄清其經(jīng)典分類學(xué)上的爭(zhēng)議提供了強(qiáng)有力的分子證據(jù)。

2.2 分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與化學(xué)種的關(guān)聯(lián)性

Kawachi等[32]根據(jù)氣相色譜-質(zhì)譜分析結(jié)果，以鄰接法(Neighbor joining，NJ)、最大簡(jiǎn)約法(Maximum parsimony，MP)和最大似然法(Maximum likelihood，ML)將其分離的31個(gè)布朗葡萄藻藻株分為4個(gè)化學(xué)種(包括已知化學(xué)種A、B、L和新化學(xué)種S)，并與GenBank上其他布朗葡萄藻株共同構(gòu)建了基于18S rRNA序列的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(圖1)[32]，形成3個(gè)主聚群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，依次分別與化學(xué)種A、B、L相對(duì)應(yīng)；其中，主聚群Ⅱ、Ⅲ又分別形成亞聚群Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅲ1、Ⅲ2，而亞聚群Ⅲ1、Ⅲ2分別對(duì)應(yīng)于化學(xué)種L、S。

圖1 基于18S rRNA序列的布朗葡萄藻序列系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)[32]

為進(jìn)一步探討布朗葡萄藻分子系統(tǒng)發(fā)育與其所屬化學(xué)種之間的關(guān)系，筆者從GenBank中獲取了更多已知化學(xué)種類型的布朗葡萄藻的18S rRNA序列[32, 41- 42]，并利用MEGA 5.05 軟件以鄰接法NJ、最大簡(jiǎn)約法MP和最大似然法ML構(gòu)建了分子系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(圖2)?？芍?，化學(xué)種A、B、L均屬共球藻綱這個(gè)大分枝，其下分成兩個(gè)譜系，分別由化學(xué)種A和化學(xué)種B、L組成。這可能與其產(chǎn)烴類型存在關(guān)聯(lián)性，即化學(xué)種B、L產(chǎn)生的烴類均以類異戊二烯烴為組成單位，而化學(xué)種A主要合成二烯烴[41]。這一結(jié)果驗(yàn)證和補(bǔ)充了布朗葡萄藻的化學(xué)種分類，同時(shí)揭示其分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與化學(xué)種之間存在較高的關(guān)聯(lián)性。

圖2 基于18S rRNA序列的布朗葡萄藻系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)[32, 41- 42]

2.3 進(jìn)化關(guān)系與基因組大小間的相關(guān)性

布朗葡萄藻化學(xué)種B、L在18S rRNA序列的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中屬于同一譜系，即二者存在較近的進(jìn)化關(guān)系，然而其基因組大小卻存在明顯差異。Weiss等[42- 43]測(cè)得分屬化學(xué)種A、B、L的3株藻的基因組大小依次為166.0Mb、166.2Mb和211.3Mb。可見(jiàn)，屬于同一譜系中的化學(xué)種B、L的基因組大小差距顯著，而進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)的化學(xué)種A、B的基因組大小反而很接近，這提示有關(guān)布朗葡萄藻化學(xué)種間的進(jìn)化關(guān)系還需作更深入地探究。最近，Molnár等[44]利用已測(cè)序化學(xué)種B(B.brauniiShowa)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄組，構(gòu)建了其主要烴類的生物合成網(wǎng)絡(luò)，為揭示不同化學(xué)種與其主要烴類生物合成網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系提供了重要啟示。相信隨著其他化學(xué)種布朗葡萄藻基因組的測(cè)定和注釋，將為揭示布朗葡萄藻不同化學(xué)種進(jìn)化關(guān)系及其相應(yīng)基因組特性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)等提供更全面的信息。

2.4 親緣關(guān)系、遺傳多樣性與地理來(lái)源間的關(guān)聯(lián)性

布朗葡萄藻的系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)通常由兩大簇群組成，而每個(gè)族群又可進(jìn)一步細(xì)分為不同的亞簇，表明該藻的18S rRNA、ITS序列位點(diǎn)具有較高的遺傳多態(tài)性，不同藻株之間存在遺傳上的多樣性[45]。由于布朗葡萄藻廣泛分布于世界各地，其較高的遺傳多樣性可能由一定程度的地理隔離所致。王朋云等[45- 46]以與布朗葡萄藻同科但不同屬的南向球葡萄藻(Botryosphaerellasudetica UTEX 2629)的18S rRNA、ITS等序列為外群構(gòu)建了布朗葡萄藻系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，比較了不同地理來(lái)源的布朗葡萄藻親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近程度。18S rRNA的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)結(jié)果表明，采自我國(guó)云南撫仙湖的藻株(B.brauniiAGB-Bb02)與采自湖北武漢的藻株(B.brauniiAGB-Bb03)屬于同一簇群，分別與源自泰國(guó)的藻株(B.brauniiSongkla Nakarin)和源于非洲科特迪瓦的藻株(B.brauniiAyame)的遺傳親緣關(guān)系較近；而采自英國(guó)劍橋的藻株(B.brauniiAGB-Bb01)則屬于另一簇群，與源于玻利維亞的藻株(B.brauniiTiticaca)和美國(guó)明尼蘇達(dá)的藻株(B.brauniiTow 9/21 P- 16w)親緣關(guān)系較近，其遺傳距離分別為0.0098和0.0116。在ITS系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中，AGB-Bb01與源于澳大利亞新南威爾士的藻株(B.brauniiJillamatong)親緣關(guān)系最近，與源自英國(guó)坎布里亞的藻株(B.brauniiCCAP807/2)和科特迪瓦藻株(B.brauniiYamoussoukro)親緣關(guān)系最遠(yuǎn)。此外，Kawachi等[32]構(gòu)建的基于18S rRNA序列的布朗葡萄藻系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)發(fā)現(xiàn)，一些采自同一地域的藻株也會(huì)處于不同的系統(tǒng)位置上。這種差異可能是由某些攝食微藻的鳥(niǎo)類通過(guò)覓食、遷徙等攜帶布朗葡萄藻傳播的結(jié)果[47- 48]。布朗葡萄藻的遺傳多樣性與地理來(lái)源之間的聯(lián)系性尚需更多實(shí)地檢測(cè)和更充足的種質(zhì)資源測(cè)序分析等進(jìn)一步考察。

3 問(wèn)題與展望

近年來(lái)，分子生態(tài)學(xué)作為一門(mén)新興學(xué)科，為生態(tài)學(xué)研究提供了嶄新的角度和思路，它通過(guò)宏觀與微觀的結(jié)合，在闡釋生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相互作用的機(jī)理及其分子機(jī)制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。較其他某些藻類而言，布朗葡萄藻的分子生態(tài)學(xué)研究起步較晚，面臨一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)：(1)現(xiàn)有布朗葡萄藻分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究使用的分子標(biāo)記主要集中于單一的DNA序列片段上，今后相關(guān)研究所選擇的DNA分子標(biāo)記應(yīng)趨向于多片段、長(zhǎng)序列，以期獲得更加充足的分子數(shù)據(jù)信息，從而更全面地反映其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系[36]。(2)在布朗葡萄藻18S rRNA的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中，同一譜系的化學(xué)種B、L比化學(xué)種A存在更近的進(jìn)化關(guān)系，這與它們的產(chǎn)烴種類存在一定關(guān)聯(lián)性；但不同化學(xué)種的進(jìn)化關(guān)系與其相應(yīng)基因組大小的關(guān)系相反[42- 43]。布朗葡萄藻3個(gè)化學(xué)種之間存在怎樣的進(jìn)化關(guān)系，其基因組與主要烴類生物合成網(wǎng)絡(luò)之間存在怎樣的調(diào)控與反饋機(jī)制，這些問(wèn)題的闡釋需要對(duì)不同化學(xué)種的基因組進(jìn)行更深入地測(cè)定分析。(3)布朗葡萄藻的遺傳多樣性是否由地理隔離引起[45- 46]，其遺傳多樣性與地理來(lái)源之間存在怎樣的相關(guān)性,這需要在更多實(shí)地考察和更充足的源于不同地域藻株分子數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上深入論證。

與經(jīng)典分類學(xué)研究一樣，分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)也有自身的一些局限性[35]。布朗葡萄藻分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究只有將核酸與蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)綜合起來(lái)建立更為完善的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，再與經(jīng)典分類、化學(xué)分類相互結(jié)合印證，逐步建立整體體系，才能更深入準(zhǔn)確地闡明其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。同時(shí)，基因組和蛋白質(zhì)組序列測(cè)定及相應(yīng)生物信息學(xué)的迅猛發(fā)展，不僅促進(jìn)有關(guān)布朗葡萄藻烴類合成的基因工程、系統(tǒng)基因組學(xué)和蛋白組學(xué)的興起，而且將從微觀水平上更真實(shí)直接地闡明生態(tài)現(xiàn)象的分子機(jī)理，從而推進(jìn)布朗葡萄藻分子生態(tài)學(xué)研究及能源微藻產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

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Advances in molecular ecology of the oil-rich microalgaBotryococcusbraunii

MA Lifang, LIU Junzhi, LIU Xinying, WANG Zhiping*, CHEN Ziyuan

KeyLaboratoryofChineseMinistryofAgricultureforNuclear-AgriculturalSciences,InstituteofNuclear-AgricultureSciencesofZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China

Molecular ecology is defined as a science that studies interactions between life system and environmental system, as well as the corresponding molecular mechanisms. By combining macro and micro aspects, molecular ecology could reflect the nature of ecological phenomena. The green microalgaBotryococcusbrauniiis well known for its ability to accumulate large amounts of hydrocarbon, and it is attractive as a potential resource for renewable biofuel production. This review, on the base of briefly introducing the physio-ecological characteristics ofB.brauniiconcerning morphology and chemical race, mainly addresses the up-to-date achievements of molecular ecology including molecular phylogeny and its relationship with chemical race, genome size and original geographical position. Morphologically,B.brauniiis characterised by a botryoid organization of individual pyriform-shaped cells, held together by a refringent matrix containing lipids. In classical taxonomy mainly referring to morphology structures, it is difficult to identify whetherB.brauniiis a member of Chlorophyta or Xanthophyta, Recently, the molecular phylogenetic results based on 18S rRNA analysis clarified that this alga belongs to Trebouxiophyceae (Chlorophyta). According to the differences of the produced hydrocarbon, at least three chemical races ofB.brauniicould be identified, respectively named as Race A, B and L. Race A produces essentially odd-numbered n-alkadiene and triene hydrocarbons from C23to C33; race B produces triterpenoid hydrocarbons (CnH2n-10,n=30—37), including C30—C37botryococcenes and C31—C34methylated squalenes; by contrast, the hydrocarbon product of the race L involves one single C40tetraterpenoid hydrocarbon, lycopadiene. In addition, the molecular phylogenetic analyses ofB.brauniibased on 18S rRNA gene sequences shows high consistency between the established phylogeny and the chemical races; meanwhile, there seems to be some correspondence between the alga evolutionary relationship and the hydrocarbon products. On the genomic level, the genome size is similar in race B (166.2Mb) and race A (166.0Mb) which are in far evolutionary relationships, whereas it exists significant differences between race B and race L (211.3Mb) which are from the same cluster. The significance of this discrepancy in terms of how these chemical races diverged is not clear at this time. Moreover, genetic relationship of this alga strain originally isolated from different geographical locations is established by molecular phylogenetic analysis, indicating both high genetic diversity in alga strains and high genetic polymorphism in DNA segments. To conclude, this review discusses some deficiency in the present research and suggests several critical issues that need further study. For instance, the genome and proteome ofB.brauniito reconstruct main metabolic pathways which are responsible for lipid production should be sequenced. These finding will definitely aid in directly clarifying the molecular mechanisms of ecological phenomena, thus benefit both the theory development in molecular ecology and the practice process for alga-oil production.

Botryococcusbraunii; morphology; chemical race; molecular ecology; molecular phylogenetics

國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201103007); 國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃課題(2012AA050101); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(10975118); 浙江省院士基金項(xiàng)目(J20110445, D20130018)

2013- 08- 23;

2014- 05- 30

10.5846/stxb201308232132

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhpwang@zju.edu.cn

馬麗芳, 劉俊稚, 劉新穎, 汪志平, 陳子元.富油微藻布朗葡萄藻分子生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(10):3165- 3171.

Ma L F, Liu J Z, Liu X Y, Wang Z P, Chen Z Y.Advances in molecular ecology of the oil-rich microalgaBotryococcusbraunii.Acta Ecologica Sinica,2015,35(10):3165- 3171.