尤豐，黃暉，董志軍，周?chē)?guó)偉

（1. 中國(guó)科學(xué)院海洋生物資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301；2. 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 10039；3. 中國(guó)科學(xué)院海南熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站，海南 三亞 572000）

造礁石珊瑚的分子系統(tǒng)學(xué)研究進(jìn)展

尤豐1,2,3，黃暉1,3，董志軍1，周?chē)?guó)偉1,2,3

（1. 中國(guó)科學(xué)院海洋生物資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301；2. 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 10039；3. 中國(guó)科學(xué)院海南熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站，海南 三亞 572000）

綜述了造礁石珊瑚系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系和分類(lèi)的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)概述了造礁石珊瑚的分類(lèi)和遺傳多樣性在分子生物學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。目前采用的進(jìn)行造礁石珊瑚分類(lèi)和遺傳多樣性研究的分子生物學(xué)方法，主要彌補(bǔ)了造礁石珊瑚在傳統(tǒng)形態(tài)分類(lèi)學(xué)上無(wú)法準(zhǔn)確界定的缺點(diǎn)，其中核糖體RNA和線粒體DNA序列分析是目前對(duì)造礁石珊瑚分子進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育研究最有效的方法。最后，對(duì)未來(lái)造礁石珊瑚的分類(lèi)和遺傳多樣性研究做了展望，對(duì)珊瑚礁框架生物造礁石珊瑚進(jìn)行分類(lèi)和遺傳多樣性的研究，將有助于為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)提供理論基礎(chǔ)。

線粒體DNA；核糖體RNA；造礁石珊瑚；生物分類(lèi)；遺傳多樣性

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)是地球上多樣性程度最高的生態(tài)系統(tǒng)之一，為超過(guò)25%的海洋生物提供棲息場(chǎng)所，其中造礁石珊瑚是珊瑚礁生態(tài)系的最主要貢獻(xiàn)者和珊瑚礁的框架生物。因此了解造礁石珊瑚的系統(tǒng)分類(lèi)，將有助于對(duì)珊瑚礁生物多樣性的了解，為珊瑚礁的保護(hù)和管理提供理論參考。石珊瑚屬于腔腸動(dòng)物門(mén)（Cnidaria），珊瑚蟲(chóng)綱（Anthozoa），六放珊瑚亞綱（Hexocorallia），石珊瑚目（Scleractinia）。石珊瑚是唯一能形成石灰質(zhì)外骨骼的珊瑚蟲(chóng)動(dòng)物（Brusca 1990）。按照石珊瑚的生態(tài)特性，石珊瑚可以分為造礁石珊瑚（hermatypic corals）和非造礁石珊瑚（ahermatypic corals）。造礁石珊瑚指珊瑚蟲(chóng)體內(nèi)有蟲(chóng)黃藻（zooxanthellae）共生的具有造礁能力（reef-building）的石珊瑚。非造礁石珊瑚是指不具備造礁能力（non-reef-building）的石珊瑚[1]。

造礁石珊瑚在不同層次上的多樣性一直是許多研究的主題。生物形態(tài)學(xué)性狀從17世紀(jì)起就被應(yīng)用于解決系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，并一直是重建地球上絕大多數(shù)物種間親緣關(guān)系的唯一依據(jù)。系統(tǒng)學(xué)是生物分類(lèi)學(xué)和生物間各種關(guān)系（遺傳關(guān)系、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和地理分布關(guān)系等的總和[2]。

石珊瑚最早出現(xiàn)在大約2.4億年前的三疊紀(jì)中期。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期海平面的改變和各大陸板塊飄移等地質(zhì)事件[3]，現(xiàn)生屬甚至現(xiàn)生種的珊瑚可能在約2 400萬(wàn)年前的中新世就已形成[4]。因此，中新世以后的地質(zhì)變化在現(xiàn)代造礁珊瑚的物種形成過(guò)程中扮演著重要的角色，此時(shí)典型的大西洋、印度洋和太平洋的珊瑚礁群已形成，就在大約中新世中期北移的非洲陸塊切斷西古海洋連結(jié)大西洋和太平洋的通路，使得地中海的造礁石珊瑚滅絕，同時(shí)古海洋通路的關(guān)閉也造成大西洋和印度-太平洋珊瑚礁生物地理區(qū)獨(dú)立的發(fā)展[5]。到中新世的末期，巴拿馬地峽逐漸形成，開(kāi)始限制太平洋和加勒比海的通路，直到上新世巴拿馬地峽完全關(guān)閉，印度太平洋和大西洋珊瑚則完全隔離[3,5]；與此同時(shí)，澳洲東北部的大堡礁形成。至于始新世所發(fā)生的冰河及之后冰解后海平面變動(dòng)對(duì)石珊瑚種化的影響仍不清楚[4]。因此通過(guò)地質(zhì)學(xué)和化石標(biāo)本研究造礁石珊瑚不能十分明確了解其進(jìn)化過(guò)程和進(jìn)化關(guān)系。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，分子生物學(xué)的不斷發(fā)展為分析大范圍內(nèi)的不同水平的分類(lèi)系統(tǒng)發(fā)生提供了可能[6,7]。相對(duì)于形態(tài)學(xué)性狀而言，分子性狀不僅是前者的補(bǔ)充，而且具有許多前者無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，比如DNA作為遺傳信息的直接載體能較準(zhǔn)確地反映生物類(lèi)群之間的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，具有信息量巨大、易于定量化和進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析等特點(diǎn)。就涉及多細(xì)胞動(dòng)物起源與進(jìn)化的分子系統(tǒng)學(xué)研究來(lái)說(shuō)，一般是分析在生物進(jìn)化中較為保守的DNA序列，主要包括單拷貝的蛋白質(zhì)編碼基因，少數(shù)線粒體DNA基因和少數(shù)核糖體RNA基因等。其中使用最為廣泛的是18S rDNA基因，18S rDNA基因的核苷酸替換率較低，被認(rèn)為最有希望成為解決早期動(dòng)物進(jìn)化型式的工具[6]。在用于重建系統(tǒng)發(fā)生史的信息中，分子數(shù)據(jù)所占的份額逐漸增加，發(fā)展成為系統(tǒng)學(xué)研究的一項(xiàng)重要性狀。進(jìn)入90年代以來(lái)，分子進(jìn)化研究已經(jīng)成為進(jìn)化研究的熱點(diǎn)之一。近年來(lái)，DNA測(cè)序主導(dǎo)了分子系統(tǒng)發(fā)生研究，因此本文就利用造礁石珊瑚核酸序列所做的分子系統(tǒng)發(fā)生研究作重點(diǎn)扼要的介紹。

1 造礁石珊瑚系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分子生物學(xué)研究方法

自20世紀(jì)90年代，分子生物學(xué)技術(shù)在探討造礁石珊瑚系統(tǒng)發(fā)育學(xué)方面得到大量的應(yīng)用。目前用于分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究的主要方法有核糖體RNA和線粒體DNA序列分析。

1.1 核糖體RNA（Ribosome RNA）

rRNA基因是結(jié)構(gòu)保守、進(jìn)化速度緩慢的一種具有記錄生物進(jìn)化歷史的特征分子，以其為分類(lèi)依據(jù)建立的系統(tǒng)發(fā)育分類(lèi)系統(tǒng)與生物的遺傳結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，rRNA基因分析在生物分類(lèi)中普遍應(yīng)用[1]。真核生物核糖體DNA由隨機(jī)重復(fù)片段構(gòu)成，其中包含ETS序列、SSU rRNA序列、ITS1序列、5.8S rDNA基因、ITS2序列和LSU rRNA序列等。核糖體DNA隨機(jī)重復(fù)片段中編碼基因和基因片段的多樣性程度不同，但具有一致的進(jìn)化速率，因此為較寬水平（從門(mén)到種群）的系統(tǒng)發(fā)生提供了可能性。目前運(yùn)用核糖體RNA（Ribosome RNA）研究石珊瑚的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系主要是應(yīng)用核糖體18S rRNA、5.8S rRNA以及內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（Internal transcribed spacers, ITS）等進(jìn)行[8]。同時(shí)這些分子標(biāo)記也都適合六放珊瑚亞綱和珊瑚蟲(chóng)綱的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系的研究。

1.2 線粒體DNA（mtDNA）

目前在分子研究水平采用的另外一個(gè)遺傳標(biāo)記是mtDNA。由于mtDNA具有基因組結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定、遵守嚴(yán)格的母系遺傳、進(jìn)化速度快、不同區(qū)域進(jìn)化速度存在差異等特點(diǎn)，使其成為分子群體遺傳學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)研究的重要標(biāo)記[4]。mtDNA的基因組結(jié)構(gòu)雖然十分保守，但是核苷酸序列的進(jìn)化卻十分活躍，其速率是典型單拷貝基因核DNA的5～10倍。由于其進(jìn)化快速和一級(jí)結(jié)構(gòu)高度歧化的特點(diǎn)，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，mtDNA已成為研究近緣種間及種內(nèi)群體遺傳分化的有力工具[7]。在石珊瑚分子系統(tǒng)發(fā)生研究中，應(yīng)用得最多的線粒體DNA信息是12S rRNA基因、16S rRNA基因和細(xì)胞色素b（cytochromeb, cyt b）基因，此外還有以細(xì)胞色素c氧化酶亞基I基因（COI）作為分子標(biāo)記的研究[8]。

2 造礁石珊瑚的分子系統(tǒng)學(xué)研究研究?jī)?nèi)容和進(jìn)展

2.1 造礁石珊瑚種群遺傳多樣性的研究

遺傳多樣性是生物多樣性的重要部分之一，狹義上可以理解為種內(nèi)不同種群之間或一個(gè)種群內(nèi)不同個(gè)體之間的遺傳變異的總和[9]。就是利用分子標(biāo)記的方法研究石珊瑚種內(nèi)各種群的遺傳多樣性，探討物種形成和分化的機(jī)制。McMillan等使用核酸雜交的方法研究七種鹿角珊瑚MboI同源重復(fù)序列的多樣性，以用于研究鹿角珊瑚屬的分類(lèi)關(guān)系。但序列分析結(jié)果顯示的分類(lèi)關(guān)系不同于形態(tài)學(xué)結(jié)果，存在很大的爭(zhēng)議[10,11]。Smith和Chen等1997年設(shè)計(jì)一組位于珊瑚核糖體IGS序列的分子標(biāo)記并應(yīng)用RFLP技術(shù)分析了28個(gè)來(lái)自同一地點(diǎn)的樣品，結(jié)果它們之中有17個(gè)不同的基因型，表明同一地點(diǎn)的某些同種石珊瑚也存在較高的基因多樣性[12]。Odorico和Miller在1997年以分子標(biāo)記ITS和5.8S rDNA研究分析五種鹿角珊瑚的多樣性用于揭示鹿角珊瑚的進(jìn)化的模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹿角珊瑚的ITS序列在所有已測(cè)序的后口動(dòng)物中是最短的，但I(xiàn)TS序列仍然是高度多樣性[13]。Romano等在1997年對(duì)石珊瑚14個(gè)珊瑚屬的16S rRNA遺傳多樣性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)這段序列的多樣性較低于其他后口動(dòng)物，16S rRNA盡管可以用于屬分類(lèi)但是由于多樣性的不高，所以不適合作為更具體階元的分類(lèi)標(biāo)記[14]。Takabayashi等在1998年用石珊瑚特有的ITS引物對(duì)7種不同屬的珊瑚進(jìn)行了多樣性的研究，發(fā)現(xiàn)這一段序列對(duì)于每種珊瑚都有極高的多樣性并且不同種的ITS序列長(zhǎng)度不一，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在同一瀉湖中Acropora Longicyathusi的ITS序列的多樣性非常高，由此說(shuō)明ITS序列不僅可以做種間的基因多樣性研究而且可以做種內(nèi)的基因多樣性研究[15]。Oppen等在1998年研究鹿角珊瑚屬線粒體DNA細(xì)胞色素b多樣性時(shí)，就發(fā)現(xiàn)其進(jìn)化速率明顯慢于其他后口生物，并且發(fā)現(xiàn)加勒比海的鹿角珊瑚和太平洋的鹿角珊瑚的細(xì)胞色素b進(jìn)化速率基本相同，但進(jìn)化時(shí)鐘比一般生物慢20多倍，這也許是由于腔腸動(dòng)物門(mén)的錯(cuò)配修復(fù)能力較好[16]。根據(jù)上面所提及的，不同分子標(biāo)記方法在研究石珊瑚種內(nèi)遺傳多樣性和進(jìn)化關(guān)系的研究結(jié)果存在一定的差異，這就有必要根據(jù)實(shí)際研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容來(lái)合理的選擇更加有效的方法進(jìn)行珊瑚分子生物學(xué)的研究，只有方法正確才得出合理有效的結(jié)果。

最近對(duì)于石珊瑚的研究有了新的進(jìn)展，在2000年以后很多新的分子標(biāo)記被引入石珊瑚多樣性的研究。Chen等研究鹿角珊瑚線粒體DNA中的SSUrRNA序列，根據(jù)該序列的多樣性可以用于估計(jì)進(jìn)化速率和分歧的時(shí)間[17]。Maier等在2001年對(duì)箭排孔珊瑚構(gòu)建了微衛(wèi)星基因文庫(kù)，發(fā)現(xiàn)5個(gè)微衛(wèi)星多態(tài)位點(diǎn)，表明微衛(wèi)星標(biāo)記的方法可以應(yīng)用于珊瑚分子生物學(xué)研究中[18]。Lopez[19]等早在1999年就應(yīng)用AFLP方法研究了加勒比海Montastraea annularis的種間分類(lèi)和遺傳分化情況?？梢?jiàn)，用于石珊瑚種群遺傳多樣性研究的分子方法是多種多樣的，這有利于選擇相對(duì)更好的分子方法用于其遺傳多樣性的研究，如構(gòu)建基因文庫(kù)等。

2.2 造礁石珊瑚的分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)研究

對(duì)于造礁石珊瑚這種形態(tài)受環(huán)境影響較大的物種且分類(lèi)地位較為低等的生物，雖然國(guó)際上以其石灰質(zhì)骨骼形態(tài)對(duì)造礁石珊瑚進(jìn)行種類(lèi)定義，但形態(tài)學(xué)分類(lèi)在對(duì)于不同生態(tài)環(huán)境中物種的鑒別受到嚴(yán)重的限制。當(dāng)對(duì)種的鑒定存在分歧時(shí)，用于構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)更顯得說(shuō)服力不足。用于構(gòu)建石珊瑚分子系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的基因主要是線粒體基因和核rRNA基因，通過(guò)核酸序列的比較分析得到的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，在對(duì)傳統(tǒng)分類(lèi)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充的同時(shí)，也可為傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)分類(lèi)中存在的有爭(zhēng)議的或形態(tài)學(xué)尚不能解決的某些類(lèi)群系統(tǒng)發(fā)育學(xué)問(wèn)題提供新方法[20]。

2.2.1 科以上階元的分子系統(tǒng)發(fā)生 在珊瑚的傳統(tǒng)分類(lèi)系統(tǒng)中，一直是依據(jù)形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行分類(lèi)。珊瑚類(lèi)生物的系統(tǒng)分類(lèi)學(xué)地位和進(jìn)化史研究很多是不清楚的，尤其是在石珊瑚目中。石珊瑚目的系統(tǒng)分類(lèi)目前存在許多問(wèn)題，主要是由于其生活史、繁殖方式和物種的表型可塑性較強(qiáng)。運(yùn)用穩(wěn)定的分子生物學(xué)方法研究石珊瑚分類(lèi)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)：腔腸動(dòng)物門(mén)的線粒體DNA進(jìn)化速率極為緩慢并呈現(xiàn)較低的多樣性[21]，并且對(duì)于運(yùn)用石珊瑚核基因的分子標(biāo)記進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)生研究，其研究結(jié)果均不理想（除了鹿角珊瑚科以外）。以分子生物學(xué)資料（基本上為核rRNA序列和線粒體DNA序列為主）探討珊瑚系統(tǒng)分類(lèi)和親緣關(guān)系開(kāi)始于1990年代初期，而到1995－1997年陸續(xù)有相關(guān)的文獻(xiàn)發(fā)表。Chen等1995年應(yīng)用了28S rDNA分子標(biāo)記的方法研究了珊瑚蟲(chóng)綱的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，作者認(rèn)為石珊瑚是單獨(dú)起源群[23-26]；28S rDNA序列 5’-n rDNA的序列（225 bp）初步的結(jié)論顯示石珊瑚是屬于單一起源群，其石灰質(zhì)骨骼是石珊瑚單獨(dú)起源的特征，同時(shí)該研究結(jié)果也支持某些類(lèi)群現(xiàn)生種與化石種石珊瑚之間演化的一致性[22-25]。但是16S rDNA的部份序列分析卻發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)石珊瑚演化樹(shù)與化石資料不相吻合，其研究結(jié)論為石珊瑚石灰質(zhì)骨骼是多重起源的特征[25]。石珊瑚長(zhǎng)時(shí)間被認(rèn)為是具有霰石骨骼的單起源群體，骨骼形態(tài)和分子數(shù)據(jù)的對(duì)比分析表明石珊瑚中亞目和科水平的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系不一致。因?yàn)榉肿訑?shù)據(jù)表明石珊瑚的骨骼可能已經(jīng)演化了四次。Chen[26]描述了石珊瑚28個(gè)種類(lèi)中線粒體12S rRNA基因片段的分子演化式樣，并且使用這基因片段去推斷石珊瑚的演化歷史，發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)不同的進(jìn)化支系。Romano和Cairns[27]利用分子數(shù)據(jù)、形態(tài)數(shù)據(jù)和化石記錄討論了石珊瑚亞目和科之間系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系的一致性和沖突，使用16S rRNA基因序列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)的有力證據(jù)表明石珊瑚分為兩支并且推斷分歧可能出現(xiàn)在300萬(wàn)年以前。運(yùn)用線粒體DNA序列數(shù)據(jù)進(jìn)行的系統(tǒng)發(fā)生分析不支持當(dāng)前建立在骨骼形態(tài)和化石記錄基礎(chǔ)上的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，然而支持石珊瑚目分為兩支的假說(shuō)。

2.2.2 造礁石珊瑚屬階元的分子系統(tǒng)分類(lèi) 屬階元的分類(lèi)是分類(lèi)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在珊瑚分類(lèi)中很多屬間的分類(lèi)混亂，進(jìn)化關(guān)系不明確，由于傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定方法的局限性和化石標(biāo)本的缺乏，目前對(duì)于屬間進(jìn)化關(guān)系的研究只能靠分子生物學(xué)的方法來(lái)輔助解決，這同時(shí)也有助于對(duì)形態(tài)學(xué)分類(lèi)和化石標(biāo)本推斷進(jìn)化關(guān)系結(jié)果的驗(yàn)證。

鹿角珊瑚科是石珊瑚中數(shù)量最多的一科，包括鹿角珊瑚屬、薔薇珊瑚屬、假鹿角珊瑚屬和星孔珊瑚屬等4個(gè)屬[3]。Fukami等研究了鹿角珊瑚科四個(gè)屬的12種珊瑚，分析細(xì)胞色素b和ATP酶6的序列多樣性，根據(jù)核苷酸代替的速率推導(dǎo)出鹿角珊瑚科四個(gè)屬的進(jìn)化關(guān)系。將鹿角珊瑚科分為三個(gè)主要的進(jìn)化系群：星孔珊瑚屬、薔薇珊瑚屬和鹿角珊瑚屬。而假鹿角珊瑚屬做為薔薇珊瑚屬的一支，說(shuō)明假鹿角珊瑚是從薔薇珊瑚中分化出來(lái)的。由于形態(tài)學(xué)和繁殖方式的不同，F(xiàn)ukami建議將Isopora和Arcopora兩個(gè)亞屬獨(dú)立為兩個(gè)屬[28]。Odorico分析研究五種鹿角珊瑚核糖體的ITS序列和5.8S序列，發(fā)現(xiàn)鹿角珊瑚核糖體ITS序列是迄今為止珊瑚類(lèi)中最短的。在鹿角珊瑚屬中，某些鹿角珊瑚的ITS序列存在極大差異，比如強(qiáng)壯鹿角珊瑚的ITS1序列被發(fā)現(xiàn)具有高度多樣性（29%）等，這些數(shù)據(jù)跟鹿角珊瑚科網(wǎng)狀演化歷史是一致的[29]。Oppen等研究了Isopora/Acropora ITS2 rRNA的次級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)鹿角珊瑚ITS2次級(jí)結(jié)構(gòu)不同于一般真核生物。并且發(fā)現(xiàn)巴拿馬地峽的出現(xiàn)將加勒比海和太平洋分開(kāi)，使兩邊的Isopora和Acropora分別在加勒比海和太平洋繼續(xù)進(jìn)化，鹿角珊瑚在兩邊產(chǎn)生了不同的進(jìn)化結(jié)果[33]。

蜂巢珊瑚科是造礁石珊瑚中第二大科，蜂巢珊瑚科包括十幾個(gè)屬。Huang等同時(shí)使用分子生物學(xué)和形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)共同分析該科13個(gè)屬41個(gè)種的81個(gè)樣品。其中運(yùn)用分子生物學(xué)方法主要使用了兩種線粒體的分子標(biāo)記（COI和一個(gè)非編碼序列），其研究結(jié)果表現(xiàn)為形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)和分子生物學(xué)分析結(jié)果存在明顯的差異，這樣就對(duì)傳統(tǒng)的蜂巢珊瑚科內(nèi)的分類(lèi)方法進(jìn)行了挑戰(zhàn)[8]。

現(xiàn)在在很多研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用分子生物學(xué)方法和傳統(tǒng)形態(tài)分類(lèi)學(xué)分類(lèi)的結(jié)果存在矛盾，我們?nèi)绾握_理解分子生物學(xué)的結(jié)果和處理分類(lèi)關(guān)系時(shí)必須謹(jǐn)慎小心。分子標(biāo)記的選擇對(duì)于最終的結(jié)果起著重要作用，研究者對(duì)于不同的生物必須慎重選擇適用的分子標(biāo)記。

2.2.3 造礁石珊瑚種階元的分子系統(tǒng)分類(lèi) 種是生物學(xué)研究中最基本的和最重要的概念之一，但造礁石珊瑚在種水平鑒別相當(dāng)困難。如果不能辨別種類(lèi)，將不可能辨別出種的范圍、界限、種群散布以及種間關(guān)系，也不能確定哪個(gè)種群瀕臨滅絕，甚至已經(jīng)滅絕。珊瑚的種類(lèi)很難定義，原因如下：a) 趨同進(jìn)化：形態(tài)相近的種類(lèi)可能是親緣關(guān)系相近的近親種類(lèi)，也可能是親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的隱蔽種[30]，這是因?yàn)椴煌N珊瑚為適應(yīng)相同的生境而表現(xiàn)出相同或相似的形態(tài)學(xué)性狀。b) 表型靈活性：同種珊瑚可以適應(yīng)不同生境，而在不同的環(huán)境條件下發(fā)育生長(zhǎng)成不同形態(tài)。c) 雜交和網(wǎng)狀進(jìn)化：由于許多珊瑚幾乎同時(shí)集中產(chǎn)卵，使得不同種類(lèi)有機(jī)會(huì)雜交。Veron[3]提出了珊瑚的網(wǎng)狀進(jìn)化方式不同于經(jīng)典的達(dá)爾文進(jìn)化論。根據(jù)這個(gè)理論，珊瑚的物種是通過(guò)持續(xù)的雜交融合和基因漂變形成的。Veron對(duì)種的概念是模糊的，使種的邊界變的不清楚，重新定義種的概念非常必要[31]。

種階元的分類(lèi)也存在很多爭(zhēng)議，主要在于相似種間的鑒定和不同生存環(huán)境相同種的確定。由于造礁石珊瑚極易受生長(zhǎng)環(huán)境塑造。不同生長(zhǎng)環(huán)境生態(tài)種差別極大，同時(shí)相同生長(zhǎng)環(huán)境中不同種的石珊瑚也可能生態(tài)型較為接近，難以靠傳統(tǒng)的方法鑒別。此時(shí)分子生物學(xué)方法可作為工具辨認(rèn)區(qū)分。Flot等對(duì)在沖繩，新喀里多尼亞島和菲律賓采集的排孔珊瑚樣品使用多種線粒體標(biāo)記進(jìn)行分析，他們發(fā)現(xiàn)在具有相同形態(tài)學(xué)特征的排孔珊瑚種群之間線粒體基因型存在多樣性，也分析出地理分布與基因流之間的關(guān)系，并且證明排孔珊瑚屬內(nèi)種之間的形態(tài)學(xué)多樣性與基因多樣性是相關(guān)的[32]。Oppen等使用核DNA序列和線粒體DNA控制區(qū)域分析薔薇珊瑚屬，證明薔薇珊瑚屬內(nèi)形態(tài)學(xué)構(gòu)建的進(jìn)化關(guān)系與線粒體DNA和核DNA作為分子標(biāo)記的分子生物學(xué)構(gòu)建的進(jìn)化關(guān)系基本上不存在一致，而且線粒體DNA和核DNA為分子標(biāo)記的分析結(jié)果也存在矛盾?？赡艿慕忉屖遣糠炙N薇珊瑚種通過(guò)雜交發(fā)生了基因交換并構(gòu)成了網(wǎng)狀進(jìn)化模式，或薔薇珊瑚核基因和線粒體基因進(jìn)化速率不同[33]。Morton等通過(guò)研究形態(tài)學(xué)特征和分析ITS1、5.8S及部分ITS2 rDNA序列，成功的解決了香港地區(qū)中華扁腦珊瑚和Platygyra. pini.由于形態(tài)學(xué)相似和生態(tài)位重疊造成分類(lèi)混淆的問(wèn)題，并計(jì)算出這兩個(gè)種分化的時(shí)間[34]。Stefani對(duì)馬爾代夫四種沙珊瑚進(jìn)行形態(tài)學(xué)微細(xì)結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)種邊界的研究探討，使用5.8S rRNA和ITS2 rDNA作為分子標(biāo)記，分析出沙珊瑚屬進(jìn)化關(guān)系，顯示沙珊瑚進(jìn)化分為兩支[35]。在加勒比海地區(qū)的石珊瑚研究中，很多科學(xué)家對(duì)Montastrea annulari種的界定一直持有不同的看法。這種珊瑚具有高度可塑的形態(tài)學(xué)特征。有學(xué)者認(rèn)為Montastrea annulari實(shí)際上是三個(gè)相似種（M.annularis、M. faveolata和M. franksi）的集合[36]，它們的最終集合已經(jīng)形成了150萬(wàn)年[37]。Knowlton證明Montastrea屬三個(gè)相似種（M. annularis、M.faveolata和M. franksi）繁殖是分離的，這種分離主要是由于不同時(shí)間排卵及它們部分基因不同，因而他認(rèn)為這三個(gè)種是不同種。相反，1997年Szmant報(bào)道Montastrea三個(gè)相似種（M. annularis、M.faveolata和M. franksi）存在雜交的浮浪幼蟲(chóng)，并且他成功繁殖了雜交幼蟲(chóng)，因而他認(rèn)為這三個(gè)種是同種。Medina[38]等用ITS序列和線粒體基因COI序列進(jìn)行分析Montastrea種并未發(fā)現(xiàn)三個(gè)種之間的差異，支持Montastrea annulari只是一個(gè)種的假設(shè)。2005年Hironobu Fukami Nancy和Knowlton[39]再次對(duì)Montastrea的這三種珊瑚進(jìn)行線粒體DNA的全序列分析，得出這三個(gè)種存在差異，計(jì)算出它們之間分化的年代，并指出了M. annularis和M.faveolata從原始的祖先先分化出來(lái)，接下來(lái)又從M. annularis中分化出了M．franksi。到現(xiàn)在關(guān)于Montastrea種的爭(zhēng)論還在繼續(xù)著。雖然分子生物學(xué)方法可以確定某些進(jìn)化關(guān)系，但是到種的確定時(shí)，常由于缺乏數(shù)據(jù)而沒(méi)有確實(shí)的說(shuō)服力，所以在研究珊瑚的進(jìn)化和分類(lèi)時(shí)必須結(jié)合形態(tài)學(xué)方法才能真正確定進(jìn)化和種間關(guān)系。所以我們應(yīng)該使用分子生物學(xué)和形態(tài)學(xué)結(jié)合方法對(duì)我們還不能完全確定種邊界定義，也可以對(duì)有疑問(wèn)的進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。

3 研究展望

隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，人們可以選用更多新的分子標(biāo)記應(yīng)用于物種系統(tǒng)演化和分類(lèi)研究。在選用不同遺傳分子標(biāo)記對(duì)物種進(jìn)行分類(lèi)及系統(tǒng)進(jìn)化研究過(guò)程中，時(shí)常得出一些與傳統(tǒng)分類(lèi)學(xué)結(jié)果不符，甚至完全相反的結(jié)果。但是，大量的比較研究表明，形態(tài)學(xué)進(jìn)化和分子進(jìn)化是各自獨(dú)立的，遵循不同的進(jìn)化規(guī)律，分子系統(tǒng)發(fā)育學(xué)的研究結(jié)果不可能完全代替由形態(tài)數(shù)據(jù)建立起來(lái)的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，在某種程度上還只能是對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)學(xué)的驗(yàn)證和補(bǔ)充。所以在選用遺傳標(biāo)記時(shí)，應(yīng)全面了解每一種分子標(biāo)記的特點(diǎn)和適用范圍，根據(jù)不同的分類(lèi)目的選用不同的標(biāo)記和幾種標(biāo)記聯(lián)合使用，使所得結(jié)果更為合理。簡(jiǎn)而言之，分子生物學(xué)新技術(shù)的應(yīng)用只是運(yùn)用了以前不曾運(yùn)用的方法去解決過(guò)去用傳統(tǒng)方法不能解決或難以解決的問(wèn)題，但是這些新性狀和形態(tài)學(xué)性狀一樣也有其局限性，只有將分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果與傳統(tǒng)的生物學(xué)研究結(jié)果相結(jié)合，才有可能對(duì)生物多樣性和系統(tǒng)發(fā)生學(xué)做出更好的描述和解釋。今后石珊瑚分子發(fā)育學(xué)研究將著重在以下幾個(gè)方面：

3.1 建立較為可靠的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系

應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)結(jié)合形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)資料重建石珊瑚、六放珊瑚亞綱和珊瑚蟲(chóng)綱的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，比較分析出兩者在構(gòu)建系統(tǒng)樹(shù)時(shí)的差異與聯(lián)系，有效準(zhǔn)確的建立石珊瑚、六放珊瑚亞綱和珊瑚蟲(chóng)綱的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系。

3.2 加強(qiáng)對(duì)石珊瑚起源與進(jìn)化模式的了解

通過(guò)石珊瑚系統(tǒng)發(fā)育學(xué)的研究了解石珊瑚石灰質(zhì)骨骼特征及繁殖方式，進(jìn)一步了解石珊瑚部分基因序列與環(huán)境、石珊瑚石灰質(zhì)骨骼特征之間的關(guān)系，為石珊瑚的退化后恢復(fù)及保護(hù)區(qū)保護(hù)的有效性提供幫助。

3.3 體現(xiàn)珊瑚礁的重要價(jià)值

海洋中有四分之一的生物生活在珊瑚礁中，珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)具有極豐富的生物資源，是漁業(yè)的繁殖基地，為人類(lèi)提供重要的食物和藥物資源；珊瑚礁的前身-古代的生物礁，蘊(yùn)藏著極其豐富的油氣資源和其他礦產(chǎn)資源，是人類(lèi)的巨大財(cái)富；珊瑚和珊瑚礁在其生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中記錄下大量環(huán)境因素的數(shù)據(jù)，因而，它又是科學(xué)研究中長(zhǎng)期環(huán)境變化的巨大信息資料庫(kù)。對(duì)石珊瑚及六放珊瑚亞綱進(jìn)行分類(lèi)及系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系的研究將是其它學(xué)科研究的前提與基礎(chǔ)。

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Progress in taxonomy and genetic diversity of Scleratinia corals

YOU Feng, HUANG Hui, DONG Zhi-jun, ZHOU Guo-wei
(1. Key Lab of Marine Bioresourses Sustainable Utilization, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Science, Guangzhou 510301, China;2. National Experiment Station of Tropical Marine Biology, Sanya 572000, China;3. Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 10039, China)

This article summarizes the genetic diversity and taxonomy of Scleractinia. We put emphasis on the taxonomy and genetic diversity of Scleractinia order by molecular biology approaches. The method of using molecular biology approaches may be a effective way to distinguish species that can not be identified with traditional taxonomy while the use of DNA sequences for phylogenetic reconstruction may be the most useful and effective way for classifying Scleractinia corals. In the previous studies ribosomal RNA and mitochondria DNA have been widely used in characterizing the genetic diversity of Scleractinia corals. Finally it is significant to investigate the taxonomy and genetic diversity of Scleractinia corals of reef-building so as to make for protecting ecosystem of coral reefs and to provide theoretical basis of recovery.

mitochondria DNA; ribosomal RNA; scleratinia corals; taxonomy; genetic diversity

Q959.135.3; Q75

A

1001-6932(2010)04-0459-07

2009-07-20；

2009-11-11

國(guó)家海洋局908專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(908-ST-01-08-珊瑚礁調(diào)查), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40776085), 廣東省908專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(GD908-01-03)

尤豐（1984－），男，碩士研究生，主要從事珊瑚礁生態(tài)學(xué)研究。電子郵箱：mengqiuyu84427@163.com