异质性在诊断字符生态区:一个案例研究Botrynema(水螅纲:硬水母目:Halicreatidae)

1介绍

凝胶状的浮游动物群落中所有的海洋世界,发生在所有纬度和深度(Madin和哈比森,2001年)。然而凝胶状的社区的多样性往往被忽视,不仅因为小数量的活跃的分类学专家,但也由于困难关于收集和保存的标本,至少在某些情况下形态学变化,掩盖了潜在的物种多样性(高达et al ., 2016;Abboud et al ., 2018;域名et al ., 2021)。使用潜水器(林赛和亨特,2005;罗宾逊et al ., 2010),远程控制潜水器),图像和视频处理技术(Gorsky et al ., 2010;Easson et al ., 2020)促进了观察和收集的标本。然而,凝胶状的社区之间的神秘物种的出现仍然是一个顽固的问题解决(林赛et al ., 2017)。

Halicreatidae, medusozoans通常存在于凝胶状的社区的一个家庭在整个全球,在1886年首次被Fewkes竖立,和通常指的是八个或更多的存在径向运河,宽,圆形的胃没有花梗长鼻,和边际触手柔软灵活的近端部分但僵硬的脊柱象远端部分(VanHoffen 1902;清汤和Boero, 2006)。家庭目前包含五个属(蠕虫-世界海洋物种登记),包括Botrynema本研究的目标。属Botrynema建于1908年,布朗b . brucei从南大洋,物种类型。布朗(1908)描述的诊断特征属是一个trachymedusa”十六组触须(两组包含许多触手一行在每个八分仪)和八个单独正辐触须(没有正辐结节或扩展,果冻上伞的边缘附近)。”几乎同时,Botrynema ellinorae1909年被Hartlaub从格陵兰海Alloionema ellinorae后来,属词性不同Botrynema通过毕格罗(1913)。承认后物种非常相似,毕格罗杰出b . ellinorae从b . brucei使用伞的边缘的形状和位置的正辐触须。然而,Kramp (1942)提出了顶端旋钮的关键诊断字符来区分b . brucei从b . ellinorae基于新收集的标本b . ellinorae和最初的草图b . brucei通过布朗(1908),跟着这个假设在他高度影响力的简介世界母体" (Kramp 1961)。此后,顶端旋钮是唯一有效字符用来区分物种属Botrynema(布坎南和Sekerak, 1982年;Kosobokova Hirche, 2000;林赛,2005;Hosia et al ., 2008;Raskoff et al ., 2010;王et al ., 2014)。

然而,没有研究后的结论Kramp (1942);Kramp (1961),这种区别与现代技术的有效性进行测试。测序技术的崛起,使得分类学家国旗问题组织集中形态分析,并促进物种的发现(Hajibabaei et al ., 2007)。特别是,分子技术起到了至关重要的作用在神秘物种的发现海洋环境(莫拉et al ., 2011;Daglio道森,2017;约翰逊et al ., 2018;域名et al ., 2021),其中很大一部分的多样性鉴定了总共被认为是隐藏在个变种级别(伟达公关,2000;比克福德et al ., 2007)。虽然不常见,分子技术也辅助分类识别geographically-delineated表型变异作为一个物种而不是多个独立血统(Johannesson et al ., 1993;干草et al ., 2010;Apolonio席尔瓦de Oliveira et al ., 2017)。特殊情况下的属Botrynema,没有全面的分子研究目前可用,因此很难评估假设目前公认的分类之间的区别b . brucei和b . ellinorae生物进化理论。几对属Botrynema令人费解:a)除了顶端旋钮,b . brucei和b . ellinorae似乎形态区别开来和b)尽管这些显著的表型相似之处,这两个假定的物种表现出显著差异的地理分布,b . ellinorae被发现只在北半球高纬度地区b . brucei显然是全球分布。因此,本研究的关键问题是属的两个名义上的物种Botrynema代表独立的系统发育血统,或者两个单一物种的表型变异?

在这项研究中,我们利用遗产收藏来自多个研究邮轮在全球范围内,从2000年到2021年,属最全面的研究Botrynema装备。使用现场成像,垂直分布的数据,和基本的分子和形态分析,我们旨在理清生物基地之间的区别b . brucei和b . ellinorae通过以下努力:首先,我们收集一组的所有分子数据公开Botrynema和家庭的其他成员Halicreatidae和其相应的收集的数据通过搜索文献,数据库和个人通信;第二,我们常用的分子标记COI-mtDNA测序,16 s-rdna 18 s-rdna,和28 s-rdna;第三,我们进行了全面的系统发育分析基于最大似然法和贝叶斯后验概率。最后,根据收集的证据,我们讨论分类和系统发育的有效性b . brucei和b . ellinorae和潜在的选择性力量导致顶端旋钮的进化和保留。此外,将我们的发现在更广泛的背景下,我们给的建议未来研究的分子分类学medusozoans。

2材料和方法

2.1样本集合

样本楚科奇边境,北冰洋,收集使用ROV全球资源管理器或Multinet口面积的0.5米²和网孔150µm巡航HLY1601美国海岸警卫队的刀(USCGC)希利7月2日至2016年8月10日。一个额外的样品收集在一个垂直的环网嘴直径80厘米,网孔335µm R / VMirai克鲁斯MR21-05C从8月31日到2021年10月21日。高北极抽样样本的垂直牵引邦戈净嘴巴60厘米直径和网孔300µm Multinet口面积的0.5米²和网孔150µm R / V极地斯特恩号克鲁斯ARK-XXVI / 3 2011年8月5日至10月6日。

西北太平洋的样本收集使用载人潜水器“新2000年(R / VNatsushima巡航NT00-12, 10月30日到2000年12月6日)“新6500年(R / V横须贺克鲁斯YK00-04腿2,6月6日到2000年6月22日),ROVHyper-Dolphin(R / VKaiyo巡航KY02-06, 4月20日到2002年5月6日),一个ORI净嘴直径160厘米和330µm的网状孔径(T / VTanseiMaru巡航KT12-01, 3月4日到2012年3月9日)或690µm (T / VTanseiMaru巡航KT10-11, 6月24日到2010年6月28日),和一个开合IONESS净系统口面积1.8²和一个网孔330μm (R / VKaiyo克鲁斯KY06-03腿1,3月13日到2006年3月28日)。

收集的样本来自东南太平洋IONESS净系统口面积1.8²和一个网孔330μm R / VMirai克鲁斯MR18-06-03从1月27日到2019年3月2。南大洋的样本收集CEAMARC巡航期间的培训和研究船(TR / V)Umitaka-Maru1月28日至2008年2月8日使用矩形midwater拖网(RMT)口面积8米²和一个网状孔径4.5毫米。样本Clarion-Clipperton区(CCZ)在东部热带太平洋被ROV收集奥德修斯马士基发射器竞选期间5 b从3月11日到2021年4月21日。除了本研究样本测序(补充表1),请提供更多的样品和序列的合作者和同事,或直接从基因库(下载补充表2)。单一序列从西北大西洋,从基因库,由MOCNESS净从标本采样口面积1 m²和网格大小180µm(跨大西洋G.O.非典2013的巡航,5月1日到2013年6月14日)。

先前发表的论文关注trachyline母体"分类有时使用标记排序从多个不同的个体,有时从不同的地理区域,对下游分析(如连接。Bentlage et al ., 2018;松本et al ., 2020)。虽然这是一个有效的方法解决这些研究中概述的问题时,分析解决种群和物种的十字路口,决议在个体生物标志水平是必要的。有时同一个人测序为不同标记在单独的研究和基因库id并不显而易见。这个侦探工作中概述的结果补充2,所有标本也被赋予独特的标本id用于未来的研究。标本分布地图(图1通过深度)和密度曲线(图2)使用统计软件绘制包R (核心团队,2009),包ggplot2 (韦翰,2016)。

2.2视频记录

标本采样器或潜水器是位于原始视频媒体(“新2000年&“新6500年:ROV Digi-Beta磁带HyperDolphin:使用一个AJA HDCAM磁带)和数字化系统KiPro超+录像机使用苹果Quicktime (。mov)视频文件ProRes 4:2:2编解码器。ROV的视频全球资源管理器直接记录到这些AJA Ki Pro系统在上面的格式一样,虽然从ROV视频吗奥德修斯从录像检索NAS是苹果ProRes 4:2:0编解码器Quicktime视频文件。视频采样标本在解剖显微镜下phototanks或数字化使用Adobe Premiere Pro(版本22.6.2)丁肝病毒或Quicktime播放器(10.5版本)MiniDV、DVCAM和帧捕获处理使用Adobe Photoshop(版本23.5.1)删除视频交错工件。ROV在北冰洋的观察注释使用SQUIDLE +(弗里德曼,2022)和一个视频播放器插件导出为前用逗号分隔的文本文件(. csv)用于生产密度曲线的深度图2。对比度和亮度的图像编辑在Adobe Photoshop(版本23.5.1)提高清晰度。

2.3基因组DNA提取

从冷乙醇提取的总DNA,或者冷藏储存在-20˚C样品,使用Promega向导^®高分子量DNA提取设备协议表明组织培养细胞与以下修改。步骤1到5被跳过,而不是样本溶液的简化540µl高分子量细胞溶解Buffer-A和60µl胶原酶(cat。和光)031 - 17601年,富士胶片kouichi 1毫克/毫升的浓度在1 M Tris-HCL。在37˚C简化步骤进行30分钟在400 rpm heat-block瓶(Funakoshi ts - 100 C)。另外在第11步,23µl乙酸钠(3摩尔在pH值5.2)和3µl Ethachinmate(猫。和光)312 - 01791年,富士胶片kouichi被添加到解决方案和混合通过吸量宽孔建议表明协议(补充1)。

2.4 PCR扩增和测序

四个分子标记目标:16 s-rdna 18 s-rdna 28 s-rdna COI-mtDNA,部分序列被放大。这些标记被选中后,先前的研究和基于信息的有效地在公共数据库多个medusozoan团体和家庭Halicreatidae。16 s-rdna地区,引物med-rnl-F(广汽TGT TTA CCA亚美大陆煤层气有限公司ACA标签C) & med-rnl-R(亚美大陆煤层气有限公司ATA棉酚ACC TTC CTG TC) (域名et al ., 2016)或primer1-F (TCG行动GTT TAC CAA AAA猫AGC) & primer2-R (ACG棉酚TGA CAA ATC ATG TAA G) (坎宁安和巴斯,1993年)使用PCR循环94°C的5分钟,35周期为30秒94°C, 53°C 30秒,72°C 2分钟,和最后一个扩展在72°C 10分钟。18 s-rdna地区,连续三次底漆使用:18 sprm-f (AAC CTG GTT手枪有条件现金援助GCC AGT) & 18 sl-r (CCA法案ACG AGC TTT TTA法案G), 18 sc-f (CGG TAA TTC CAG CTC CAA标记)和18 sy-r (CAG ACA AAT公司治理文化苑ACC AAC), 18 f(亚美大陆煤层气有限公司GGC ACC ACC gg AGT GGA G) & 18 sb-r矫正性大动脉转位(TGA太极拳TTC公司治理文化gg TTC ACC T) (Apakupakul et al ., 1999)。18 s-rdna底漆集都是放大94°C的PCR循环后2分钟,38个周期为45秒94°C, 48°C为60秒,72°C 2分钟,和最后一个扩展在72°C 10分钟。使用引物28 sf63-f 28 s-rdna被放大(AAT亚美大陆煤层气有限公司CGG gg AAA AGA AAC) & 28 sr635-r (GGT 20 TGT TTC亚美大陆煤层气有限公司ACG G) (麦地那et al ., 2001的94°C)和PCR循环3分钟,35 94°C的周期1分钟,54°C 1分钟,2分钟72°C,最终在72°C扩展10分钟。COI-mtDNA,与引物进行PCR反应集LCO1490-f (GGT CAA CAA ATC ATA亚美大陆煤层气有限公司ATA TTG G) & HCO2198r (TAA柠檬酸GCC TGA CCA AAA AAT CA)后(Ortman et al ., 2010)和引物jgLCO1490-f(乳头CIA中央情报局的美国青年代表大会阿雅ARG阿雅TTG G) & jgHCO2198-r (TAI ACY TCI应用GGR家CCR AAR AAY CA)盖勒et al。(2013)。所有PCR反应进行使用PCR试剂盒Taq主组合工具包(猫。201443年,试剂盒)制造商的指示后,除了引物组jgLCO1490 / jgHCO2198 Q5U主混合使用(猫的地方。M0597S,新英格兰生物学实验室)。

PCR扩增验证了使用1.5%琼脂糖凝胶电泳,凝胶内加载染料(猫。B7021S,新英格兰生物学实验室)和GelRed核酸染色(猫。41003年,GelRed)。选择积极的反应和清洁使用虾碱性磷酸酶(猫。2660、SAP、豆类)和核酸外切酶(cat。2650 a, Exo-I、豆类)如下:对于每一个阳性反应0.4µl SAP, 0.2µl Exo-I和3.4µl TE缓冲的准备和反应是37°C 30分钟然后在83°C 30分钟。对桑格测序得到的扩增子被FASMAC有限公司(日本神奈川)。本研究中所有序列生成存入基因库(补充表2)。

2.5系统发育分析

新生成的序列是手动策划和侧翼地区是修剪。额外的序列相关,本研究从基因库下载(补充表2)和比对生成/标记。初步比对生成在Geneious ' 2022.2.2 <www.geneious.com>使用全局比对的算法和游离端差距和默认设置。这些校准之后手工修剪和重新使用MAFFT v7.450 (Katoh史坦利,2013年与算法L-INS-I和默认设置)。由此产生的排列方式手动策划、连接和缺失数据和缺口Ns所取代。连接对齐是用于执行系统发育重建使用最大似然(ML)和贝叶斯后验推理(BI)。此外,由于16 s-rdna已知物种的高分辨率水平水螅纲(Miglietta et al ., 2009;莫拉et al ., 2011;郑et al ., 2014;林赛et al ., 2015),独立毫升和BI分析标记。最好的拟合模型估计使用SMS (Lefort et al ., 2017毫升和ModelTest-NG v0.2.0 (Darriba et al ., 2020)BI树。在这两种情况下Akaike信息准则(AIC)用作选择标准。

连接对齐,ML估计使用RAxML Geneious插件(Stamatakis 2014),计算和BI MrBayes 3.2.7a (Ronquist et al ., 2012)。RAxML将使用该算法快速引导和寻找best-scoring树ML-tree (x1 - f),指定的分区方案,吝啬随机种子被设置为12345年和1000年引导树估计。MrBayes配置模型和参数后,根据ModelTest-NG表示,4密度加热连锁店,10000000代和0.2的温度加热链。链采样每200代。老化的长度设置为25%,此时频率分裂的平均标准偏差(ASDOSF)稳步低于0.01。在这两个分析Colobonema sericeum,Pantachogon haeckeli,Ptychogastria北极星,Solmissus incisa,Solmundella bitentaculata被用作外围集团。

为了获得进一步洞察系统发育关系在家庭Halicreatidae,属与特定的兴趣Botrynema,一套新的ML和BI系统发育分析16 s-rdna地区没有缺失的数据。毫升树构造使用PhyML v3.3.20220408 (Guindon et al ., 2010)和最佳拟合模型自动选择使用短信与AIC准则。使用ATGC PhyML树构建服务器平台<http://www.atgc-montpellier.fr/phyml>如下;一个BioNJ树(Gascuel 1997)和10个随机树生成树开始,1000年正常运行使用转移引导方法(莱莫恩et al ., 2018)和分支支持与aLRT_SH-like估计方法。BI运行,但是没有缺失数据和5000000代。所有校准和相关数据用于系统发育重建沉积在figshare DOI: 10.6084 / m9.figshare.21665519。

3的结果

3.1样本分布

标本与目前公认的形态学诊断Botrynema brucei,即,presence of a distinct apical knob, were distributed across multiple mesopelagic ecoregions, following (萨顿et al ., 2017);北冰洋(1),亚北极太平洋(2),中央太平洋(4)北部,东部热带太平洋(5),南太平洋中部(8)、南极南大洋/(33)和西北大西洋亚北极(21)。相比之下,标本分为Botrynema ellinorae只记录从北冰洋(1)数字在括号中遵循命名的萨顿et al。(2017)(图1)。因此,北冰洋(1)是唯一的地区属两种形态类型的栖息地Botrynema有或没有一个旋钮,历史上报道。有趣的是,b . ellinorae主要是分布在较浅的深度在461 - 815之间,但是最大深度为1544米,在吗b . brucei被记录在1125 - 1988米深度。因此,b . brucei和b . ellinorae有部分重叠之间的垂直分布的范围1100米~ 1600米深度(图2属),作为一个整体在北极似乎局限于大西洋水质量,以降低高盐度和稳定的温度从400 0.75°C到-0.5°C在2000米深度(麦克劳克林et al ., 2005;Raskoff et al ., 2010)。

3.2系统发育分析

基因组区域放大了不同程度的成功(补充表2)。总共使用了98个序列;38 16 s-rdna, 28日18 s-rdna, 25 28 s COI-mtDNA和7,包括序列从基因库下载。最后连接校准由39个分类单位和3113个基点。BI最佳拟合模型GTR + G4, HKY +我+ G4, GTR + G4和GTR +我,16 s-rdna, 18 s-rdna, 28 s-rdna, COI-mtDNA分别。PhyML毫升重建的最佳拟合模型GTR + 16 s-rdna R4和连接自动对齐替代率和参数估计RAxML每个分区。

基于连接的系统发育重建家庭Halicreatidae对齐证实的有效性作为一个单元组。的包容Haliscera conica在家庭中Halicreatidae作为最早站不同物种完全支持了BI串联,通过基于16毫升和BI s-rdna地区。然而,没有发现支持基于连接数据集从毫升。属Halicreas显然是单源的引导支持> 98毫升和完全支持BI分析。Halitrephes maasi如姐姐很支持Halicreas最低可能性> 96的支持和全力支持BI。属Haliscera被发现多源的所有分析的起源;的系统发育地位Haliscera bigelowi仍不确定,但确定为基底Halicreas和Halitrephes适度支持的ML分析16 s-rdna区域(图3,4)。

单元组形成的属Botrynema是本研究的重点,支持所有毫升(≥80 boostrap)和BI(> 0.98)概率分析。但是没有明确两者之间的差异被发现目前公认的物种,b . ellinorae和b . brucei。尽管如此,两个截然不同的演化支被发现,进化枝和支系B,所有系统发育重建(图3,4)。进化枝的强烈支持引导> 92毫升和全力支持BI在所有分析,完全由标本b . brucei(图3,4)。同样,支系B是强烈支持在所有毫升和BI分析,然而,在这种情况下,两者的标本b . brucei和b . ellinorae是混合在一个单元组。这个结果是相同的基于连接的系统发育重建对齐和16个单独s-rdna地区(图3,4)。

3.3系统误差

刺胞动物门Hatschek, 1888年

类水螅纲欧文,1843

子类Trachylinae海克尔,1879年

以硬水母类海克尔,1866年

家庭HalicreatidaeFewkes 1886

根据VanHoffen (1902)和清汤和Boero (2006):硬水母类夷为平地,宽,圆柄;投射到subumbrellar腔口圆形和短的漏斗,无花梗;没有心的运河;径向运河通常八个或更多的数量,除了属Varitentaculata他,1980年。边际大小不一的触角,在结构上相似,安排在一个系列。边际触手柔软,灵活,但僵硬,近端部分脊柱象远端部分。外胚层的平衡胞是免费的(清汤和Boero, 2006)

3.3.1属Botrynema布朗,1908

urn: lsid zoobank.org:行动:becccf10 - 5 - f75 - 4393 - 9 - d1e c870a6fc5869

根据布朗(1908)和清汤和Boero (2006)11 - 12触手的:硬水母类与16个不同的团体,由两组每八分仪连续很多触角;8单独正辐触角。属的名字来源于希腊男性名词βoτρυς(botrys =葡萄),意味着集群在这种背景下,和另一个希腊中性名词νῆμᾰ(nema =线程)指的是集群触须(图6 f.1)。

3.3.2物种Botrynema brucei布朗,1908

urn: lsid zoobank.org:行为:4 f4ee1b6 eb13 - 4 d06 b49a74d70da——9574 - 2

b . brucei描述了基于材料的威德尔海北部,南极洲(lat类型位置:GPS坐标。-64.800,长。-44.433;站301)收集的苏格兰国家南极探险队于1903年3月13日在一个开放的拖网部署到4545米深度。正模标本是25毫米直径和顶罩高度,引人注目的圆锥投影的峰会(布朗,1908)。标本的触角被安排到不同的组或集群:16 adradial组触手,每组包含大约十二个触手,以及八个单独正辐触角。值得注意的是,标本UM080129-RMTD83-Bb (S1)补充表1收集来自同一个海洋中层的ecoregion正模标本的b . brucei。

分析了材料:有关材料分析和收集元数据补充表1。除了分子分析和记录存在与否的顶端旋钮(见图3,4和补充表1),触手的数量每个集群和集群之间的平衡胞数目是依靠以下样品:标本6 k549ss2_dlmg4 (S7), 10 - 14每个集群触角和2 - 1平衡胞之间集群,和标本HD101GS1b每个集群(S8)还有14个触角和三个平衡胞之间的集群。

3.3.3亚种Botrynema brucei ellinorae(1909)Hartlaub梳子。11月。

urn: lsid zoobank.org:行动:00 ad4909-d695-49c8-8a68-b722acc87ad7

b . brucei ellinorae梳子。11月最初被归因于新建立的属AlloionemaHartlaub 1909,后来做了一个初级的同义词Botrynema通过毕格罗(1913)根据优先级。Hartlaub (1909)描述答:ellinorae从五个人(1标本从圣17,lat。79.567,长。2.617,1200 - 1800米,1905年7月12日;三圣的标本22,lat。78.083,长。5.350,800 - 1350米,1905年7月16日;一个标本从圣48,lat。71.367,-18.967,800 - 1000米,1905年8月15日)收集在格陵兰海这探险(Hartlaub 1909)。唯一的区别b . brucei布朗,1908的存在“generalement de onze”(通常11)触角的adradial触手集群,而不是12,和“胶epaisse, particulierement盟顶点或者它developpee en一一起epaisse等加在conique”(厚的果冻,尤其是在顶部,它发展成为一个厚,或多或少的锥形质量),没有提到引人注目的圆锥投影在贝尔峰会上,或者一个顶端“旋钮”。

毕格罗(1913)进一步描述了五个样品b . ellinorae从白令海(3标本从4760年圣,lat。53.883,长。-144.883,0 - 549米,1906年5月21日;1从4763年圣标本,lat。53.950,长。-168.100,0 - 549米,1906年5月28日;1从4764年圣标本,lat。53.333,长。-171.000,0 - 2067米,1906年5月29日)8日至13日毫米直径顶罩。他的标本顶端凝胶状的预测和7 - 11触角每adradial集群(毕格罗,1913)。他识别为基础的存在与否不是由顶端旋钮或触角在每组的具体数量,而是他相信字符诊断b . brucei是裂成伞缘叶,正辐触角躺在exumbral凹槽。毕格罗暂时保留两个物种和感动Alloionema ellinorae在属Botrynema。

分析了材料:有关材料分析和收集元数据补充表1。除了分子分析和记录存在与否的顶端旋钮(见图3,4和补充表1),每个集群的触角和平衡胞集群之间依靠以下样品:标本HLY160718-Box-3_DL293 (S12) HLY160721-MN-deep-Bb2_DL291b (S14系列),HLY16-GEX7P-SS5_DL290 (S16) HLY16-GEX12P-SS2_DL297 S18(美国)有三个平衡胞之间触手集群而标本HLY16-GEX12P-SS3_DL288 (S19)有两个。触手数据变量,每个集群九S18标本美国和S19 12触角S12,年级之间触手S14系列,和13在S16触角。

诊断:多个核苷酸替换16 s-rdna地区区分b . brucei ellinorae梳子。11月(支系B)b . brucei人群。Botrynema brucei ellinorae梳子。11月总是以下职位和基地16 s核糖体DNA序列比对:47 = C, 115 = G, 160 = T, 210 = G, G 219 =, = 283 G, 295 &296 =删除321 = C, 335 = T, 349 - 351 =双塔,380 = T, 381 = 382 = T, 384 = G、388 = G (图7)。的顶端旋钮b . brucei ellinorae梳子。11月可以出现或者不出现,当现在的旋钮是圆的,没有明显的垂直表面的同时,相比之下,b . brucei旋钮总是存在和prismoidal方面(图5)。

评论:b . brucei ellinorae梳子。11月似乎主要分布在北冰洋和大西洋北部高纬度地区,尤其是西北大西洋亚北极和北大西洋漂流——生态区1,分别为21和22 (图1)。然而,鉴于全球分布b . brucei,缺乏进一步的基因和形态学信息从北极和附近生态区我们认为它是安全的引用b . brucei ellinorae梳子。11月亚种,而不是作为独立的属内物种Botrynema。此外,Botrynema从生态区5、8和33似乎每个代表单一血统除了进化枝A或B (图4),但需要额外的样品和分析来验证这些怀疑。

目前的材料表明,其他一些小的物理差异可能允许血统分离形态。例如,b . brucei从进化枝10 - 14之间似乎触手每个集群和集群之间的1 - 3平衡胞,而在b . brucei ellinorae梳子。11月的触手之间每个集群范围卖地,2 - 3之间的平衡胞每个集群。此外,b . brucei ellinorae梳子。11月常常有白色径向运河和性腺(图6 d, E),而b . brucei与其他生态区是粉红色,orangish或微红的颜色(图6 a - C、F),不过值得一提的是,布朗(1908)描述b . brucei从类型位置(ecoregion 33),发白的颜色,没有红色或红棕色颜料的痕迹。

4讨论

4.1异构性属的分类特征Botrynema

自Kramp (1942),b . brucei和b . ellinorae被认为是容易区分使用顶端的存在与否旋钮(图6. f2)作为主要诊断字符——引人注目的旋钮b . brucei但是没有在b . ellinorae。尽管如此,我们的研究结果驳斥这一假设并证明存在与否的旋钮是分类学的无关紧要的生态区1和21日也许22 (Hosia et al ., 2008),而Botrynema从所有其他生态区顶端旋钮。此外,分子分析未能找出任何两个表型之间的遗传差异在北冰洋,虽然生态差异解释旋钮的存在与否。

在我们的记录中,个人旋钮,确定为b . brucei只记录深度低于1000米,而个人没有一个旋钮,确定为b . ellinorae据报道在较浅的深度,一般在461 - 815米(图2),但最多1544米深度。我们的研究结果镜子的Raskoff et al。(2010)从2005年的北冰洋探险。在对400人进行调查后,Raskoff et al。(2010)发现,b . ellinorae居住在300 - 2000米深度b . brucei发现仅低于1000米,高含量,2000 - 3000米之间。布坎南和Sekerak (1982)也报道了b . ellinorae从1245年到1900年的巴芬湾(ecoregion 1)。有趣的是,一致的深度范围的标本被发现b . brucei在大多数的生态区,无论大型物理化学环境参数的变化。林赛(2005)报道最大的丰度b . brucei1700 - 2400米深度之间的日本海沟(ecoregion 2)。Vinogradov和Shushkina (2002)报道b . brucei最大丰富Kurile-Kamtchatka地区在1700 - 2500米(ecoregion 2)。在南大洋,附近的地方类型,页et al。(1994)报道称,b . brucei是最常见的收集在1000 - 2000米深度层,然后呢户田拓夫et al。(2014)还报道,1000 - 2000米深度之间最常见的南极东部(ecoregion 33)。尽管几个人b . brucei已报告的500 - 1000米的深度范围内生态区2 (林赛,2005),3 (Thuesen和切尔德里斯,1994)、13日(Grossmann et al ., 2015)、24日(拉森et al ., 1991)和33 (et al ., 1994页;户田拓夫et al ., 2014),这是非凡的b . brucei似乎优先居住在1000 - 3000米深度层(et al ., 1994页;Vinogradov Shushkina, 2002;林赛,2005;户田拓夫et al ., 2014;卡迪加与et al ., 2022)。因此,它是合理的认为没有Botrynema在低纬度地区浅水域可能反映了生态约束条件,如温度或跨物种的竞争,任何约束,这可能是放松或者根本不存在的高纬度地区。

我们的工作假说是优惠的分布Botrynema在更深的范围外的北极是利基位移的结果由于竞争与其他medusozoans (林赛和亨特,2005;罗宾逊et al ., 2010)。相比之下,在北极的多样性和丰富性medusozoans远低于其他生态区(Raskoff et al ., 2010),Botrynema已成功殖民浅环境。然而,旋钮和垂直分布之间的关系b . brucei ellinorae梳子。11月在高纬度地区仍然是模糊的。我们认为旋钮可以在避免捕食者中发挥作用;例如,旋钮可以发挥重要的作用通过打破捕食者和猎物之间的表面张力nematocyst-laden表面,便于逃跑,或者旋钮身体分开的mouth-lips凝胶状的食肉动物摄入成功之后,允许b . brucei逃避或旋钮可以促进主变成尖锐的角度避免捕食。

无论旋钮的功能是什么,有趣的是,大多数常见的凝胶状的浮游动物捕食者如刚水母亚目,如。Solmissus在最多产的生态区(Raskoff 2002;林赛和亨特,2005;罗宾逊et al ., 2010;白菜et al ., 2017),但缺席浅深度在高纬度地区(Raskoff et al ., 2010)完全相同的深度b . brucei ellinorae梳子。11月形态类型没有发生旋钮,和461米到815米之间的优先居住(图2)。此外,Bathykorus boullini刚水母亚目、凝胶状的分类单元的主要捕食者,在北极,是限制水域深度超过1300米,居住优先在1400 - 2000米之间,确实相同的深处居住着b . brucei ellinorae梳子。11月与旋钮形态类型。图8显示视频framegrabsPoralia rufescens钵水母,觅食Botrynema brucei在日本海沟1002米深度,ecoregion 2 (图1)。Poralia rufescens从北极不在,居住在500 ~ 1679米之间的深度(林赛et al ., 2004;休斯和林赛,2017)。因此,垂直分布的属Botrynema可以小位移的结果与其他medusozoans由于竞争,虽然有/没有旋钮可以由一个微分方案选择的捕食生态区。

4.2家庭Halicreatidae的发展史

家庭Halicreatidae是支持作为一个单元血统在大部分的分析,和属一般来说也是如此Halicreas,Botrynema和Halitrephes。然而,属Haliscera发现原生动物,和谐Bentlage et al。(2018)。虽然乍一看这些结果似乎侵蚀的有效性Haliscera作为一个分类单位,我们认为进一步的考虑是必要的。小属分类的工作已经完成Haliscera自Kramp (1947)和一个更新复审的字符使用现代技术可能是必要的。此外,属目前所有可用的序列Haliscera只来自一个标本的物种,并给予系统的相干信号的分子标记Bentlage et al。(2018)目前,明显的形态相似性的两个接受Haliscera物种(DJL、个人观察),我们怀疑,这可能是一个错误的其中一个标本,而不是一个实际paraphyly属内Haliscera。

我们的分析澄清的系统发育地位Halitrephes maasi,具有挑战性的决定。我们的分析显示h . maasi妹妹的进化枝Halicreas最低几乎所有系统发育重建的全力支持。然而,这只是弱支持的关系Bentlage et al。(2018)和不和谐的结果松本et al。(2020),属Halitrephes被妹妹所有halicreatids总支持。在我们分析我们发现16 s-rdna序列“MG979380”与其他序列在家庭Halicreatidae高度不一致。在基因库比较这个序列与信息后发现“MG979380”实际上是归因于rhopalonematid trachymedusaCrossota阿尔巴,而不是一个Halitrephes物种,但它一直在反复使用的衔接Halitrephes maasi跨多个研究(Bentlage et al ., 2018;松本et al ., 2020)。因此,在补充表2我们提出新的测序信息来自相同的标本进行分析Bentlage et al。(2018)代金券USNM1452212,正确16 s-rdna序列下的基因库加入“OP921299”数量。我们的数据提供了强有力的证据表明属Halitrephes属的妹妹吗Halicreas而不是更早的在家庭中不同血统Halicreatidae (Bentlage et al ., 2018;松本et al ., 2020)。

源序列的特定归因错误的“MG979380”可能发生的任何地方但值得注意的是,在分析管道medusozoan研究交叉污染并不总是人为错误的结果。当强调,等medusozoans的rhopalonematid母体"Crossota阿尔巴属于,倾向于自割触手,这些经常被附加到附近的标本(DJL、个人观察)。此外,低利率的DNA /组织wet-mass凝胶状的类群使得这个问题特别问题。解决这个普遍的问题可以使用单分子测序技术和生物信息学工具来区分目标序列和污染物,例如CD-HIT (傅et al ., 2012)。

4.3属的发展史Botrynema

我们的研究结果批准属的有效性Botrynema作为一个分类学和进化单元在生态区与强有力的支持(图3,4)。Botrynema形态类型的顶端旋钮广泛分布在整个北极、南极海洋,太平洋和生态区1,2,4,5,8,21岁,33岁,虽然形态类型没有旋钮仅限于北冰洋,ecoregion 1 (图1)。此外,Hosia et al。(2008)从北大西洋漂流报道两种形态类型,ecoregion 22。尽管如此,我们的系统发育分析发现重大不一致使用旋钮的诊断特征,与预期相反,与旋钮被发现原生动物标本,和现在的两个主要单元演化支,a和B图3和4。此外可以比Botrynema brucei与一个旋钮,一个家族组成专门的个人可能会是一种复杂的与多个假定的人口由单一血统生态区5、8和33。不幸的是,目前没有可用的序列Botrynema标本采样之间遥远的北大西洋和南太平洋或印度洋,海洋将会包含杂交的可能性最高北极之间的区域人口和其他目前抽样数量。南大洋的单一序列测序在这项研究集群作为妹妹北极进化枝毫升和BI分析,正如所预期的那样海洋由于缺少深水北极和北太平洋之间的交换。有趣的是,从CCZ序列被发现妹妹南极北极+Botrynema进化枝,可能由于南极中间水(AAIW)流动的影响西北太平洋对面的亚南极的智利附近区域。单一序列从东南太平洋表面上是ecoregion 8(南太平洋中部),但实际上是非常接近ecoregion 7(秘鲁上升流/洪堡电流),因此可能不是AAIW强烈影响的(图1)。基因内的位置Botrynema世界人口仍不确定。

总之,我们的分子分析清楚地表明北冰洋的人口Botrynema单元,无论存在与否的顶端旋钮。Botrynema从北冰洋(ecoregion 1)特此合并亚种Botrynema brucei ellinorae梳子。11月,诊断有时缺乏一个顶端旋钮和多种独特的替换和删除16 s核糖体DNA序列(图7)。至少有一些b . brucei生态区21和22日也可参考的亚种,但分裂全球分布的物种b . brucei为多个亚种,除了b . brucei ellinorae梳子。11月,目前是不可能由于缺乏地理形态的采样和详尽的研究。

系统发育分析明确支持b . brucei ellinorae梳子。11月作为一个单元组,称为支系B图3和4。此外,多个SNP站点16 s-rdna地区区分进化枝A和B (图7),确凿的系统发育演化支之间的独立的观点。我们个人的观测还表明,可能有稳定、可辨认的形态演化支代表A和B之间的差异,特别是在颜色方面,每个集群触角,旋钮当礼物的形状(图5参见4.3节)。这些角色及其关系的界定分类等待进一步的材料的收集和分析。

基于本研究中给出的数据有关b . brucei ellinorae梳子。11月,我们假设这个家族可能是目前在物种形成一个持续的过程(即。Johannesson et al ., 1993;利维et al ., 2021)如下:b . brucei ellinorae梳子。11月成功殖民ecoregion 1,一个环境相对自由从大型narcomedusan捕食者在浅海洋中层的深度(Raskoff et al ., 2010),选择压力保持旋钮的存在在另一个生态区是放松。在这种情况下,理论上顶端旋钮,一种自适应特征,是漂流中立的人口b . brucei ellinorae梳子。11月但被动隔离个人深度梯度,例如,通过领导差最优分布的深度取决于mesogleal质量对浮力的贡献(米尔斯,1981),因此慢慢地支持进化的表型之间的生殖隔离。另外,存在与否的旋钮可以代表morpho-space的两个极端b . brucei ellinorae梳子。11月在海洋中层的旋钮可能青睐的发展和深海区的栖息地作为表观遗传响应对捕食Bathykorus bouilloni1400 - 2000米之间,这是最常见的深度(Raskoff 2010)。因此b . brucei ellinorae梳子。11月个人没有旋钮主要报道超过1000 m时b . brucei ellinorae梳子。11月个人与一个旋钮往往低于1000米。无论支持两种形态类型的存在的原因b . brucei ellinorae梳子。11月,基因流依然强劲1100米到1600米之间的接触区深度(图2),因此我们无法检测的两个表型之间的遗传差异b . brucei ellinorae梳子。11月虽然两形态类型可能代表不同的物种生态种的概念,他们似乎是一个物种根据系统发育的物种概念。

重要的是要注意,执行的分子分析在这项研究是有限的,缺乏必要的权力进一步得出结论。因此,未来的研究应该执行全基因组分析,对SNP调用和比较基因组学检测区域的遗传分化与隔离深度和表型的个体(例如,杜兰et al ., 2022)。此外,如果我们的假设的旋钮作为自适应特征是正确的,相关的基因组区域旋钮应该表现出微分遗传变异在生态区;与一个更大的地区捕食压力的变化是放松,和较低的地区的变化narcomedusan捕食者更常见(例如,Lamichhaney et al ., 2015)。相关的基因组区域旋钮可以缩小通过全民协会映射研究或批量隔离分析北极的人口b . brucei ellinorae梳子。11月,表型存在(例如,约翰斯顿et al ., 2011;黑山et al ., 2022)。

4.4点为未来的研究需要注意的

在这项研究中我们测序常用分类描述medusozoans标记(补充表2)。局部放大16 s-rdna 18 s-rdna和28 s-rdna很容易实现在大多数标本分析,16 s-rdna成功率最高的标志。然而,在我们的实验COI-mtDNA是出了名的难以放大,因为出版不受欢迎的负面结果,这个问题仍然是一个已知的事实在medusozoan分类学家,虽然还没有正式承认。

特别是家庭Halicreatidae只有两个研究成功放大COI-mtDNA (Bucklin et al ., 2010;Ortman et al ., 2010),因此序列是在系统发育的研究(柯林斯et al ., 2008;Bentlage et al ., 2018)和公共存储库。因此,多个研究发现COI-mtDNA medusozoans难以放大,而有针对性的16 s-rdna作为条码的更多信息和easier-to-amplify标记和系统发育分析(Hellberg 2006;Miglietta et al ., 2009;莫拉et al ., 2011;郑et al ., 2014;林赛et al ., 2015)。在不久的将来,读测序技术的优势应采取如汽水机纳米孔(王et al ., 2021)和基因组略读的方法可能会导致部分或完整的线粒体基因组PCR的缺失。结果数据应该促进新引物的设计针对相邻的保守区域,并打开门更广泛的跨medusozoans COI-mtDNA voucher-based放大。此举将有很多好处,最重要的是能够更容易检测medusozoan多样性metabarcoding档案内捕获来自环境样品。我们鼓励未来的研究发布负面结果,目的是避免浪费资源和时间。

5的结论

在合成中,我们的研究报告首次全面属的分子分析Botrynema在家庭Halicreatidae在全球海洋中层的生态区。基于分子的证据分析、现场观察,和录像我们得出:

1。使用顶端的存在与否的旋钮来区分物种属Botrynema缺乏系统性和系统支持,因此应该停止。

2。Botrynema brucei ellinorae梳子。11月是一个有效的分类和进化单元包含两个表型,和一个没有顶端旋钮。

3所示。Botrynema brucei ellinorae梳子。11月主要分布在高纬度地区在北冰洋、大西洋西北亚北极和北大西洋漂流;生态区,21和22图1。

4所示。直到进一步的样本和分子分析执行,其他标本Botrynema顶端旋钮和从别人生态区,21和22 (图1),应该称为brucei。

5。全基因组snp和全基因组比较分析将需要了解的进化基础微分隔离b . brucei ellinorae梳子。11月个人不同的表型在深度梯度。

这个问题的答案做属的两个名义上的物种Botrynema代表独立的系统发育血统,或者两个单一物种的表型变异?部分解决,我们确定至少两个主要演化谱系中存在吗Botrynema。然而,与我们的预期相反,这些血统没有定义的顶端旋钮的存在与否。相反,我们的研究结果清楚地表明,血统是地理上的定义,和旋钮的存在与否可能由微分在生态区选择压力。

数据可用性声明

研究中给出的测序数据存入基因库库,加入OP921244-OP921299数量;系统发育重建和额外的数据样本的照片存入figshare库中,加入链接。dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.21665519。进一步的询盘可以定向到通讯作者。抽样收集和基因库allspecimens加入数据包含在本研究中可以找到补充表1和2分别。详细信息的DNA提取协议中可以找到补充1。

作者的贡献

JM、DL、AC、RH概述和概念化的研究。JM、DL、猕猴、金桥、JD,结核病,磅,女士参与研究邮轮,数据收集,物种鉴定。JM, AC,金桥DNA实验室工作。JM、DL、RH进行形态分析。JM, DL进行计算分析。DL,磅,女士视频进行分析。JM, DL写了初稿的手稿在JD的贡献下,AC, RH,金桥等。所有作者的文章。所有作者进行审核和批准提交的版本。

资金

这个项目的部分资金支持的金属公司在一份联合夏威夷和JAMSTEC大学之间的合作。作者JM, DL, JD、结核病、磅得到TMC的支持(金属公司Inc .)通过其附属瑙鲁海洋资源有限公司(紫菜)。紫菜持有勘探权CCZ NORI-D合同区域由政府赞助的国际海底管理局和瑙鲁。这是贡献TMC /紫菜/ D / 003。这部分工作也由日本促进社会科学(jsp) KAKENHI格兰特数字24248032,26304030和26304030,JST格兰特波峰,联席战略创新23促销计划(SIP)发展的新一代研究对海底资源的协议,下边了科研补助金在创新领域针叶林(20109003)。北极集合由美国国家海洋和大气管理局的海洋勘探和研究办公室(授予NA05OAR4601079, NA15OAR0110209)。本研究作者声明,收到了来自金属公司公司及其子公司的资金瑙鲁海洋资源有限公司(紫菜)。资助者没有参与研究设计、收集、分析、解释数据,本文的写作,或决定提交出版。

确认

我们感谢手稿上的评论家批评和建设性的意见。我们感谢科学聚会,船船员,潜水和ROV飞行员研究邮轮导致。我们给Matsuno浩平表示特别感谢北海道大学的玛丽白和Gerlien Verhaegen为本研究提供宝贵的样品。我们感谢久美子女士大岛渚和m . Hidaka博士与视频分析至关重要的援助。DL的前往南极洲由海洋浮游动物普查(CMarZ)海洋生物普查(CoML),和北极阿拉斯加费尔班克斯大学的。这项研究是一个贡献深海管理计划(DOSI)。一些基因钳工和测序完成史密森NMNH实验室分析生物学(实验室)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.1101699/full补充材料

引用