广义虫草学术研讨会—蝙蝠蛾拟青霉分类系统与青藏高原线虫草谱系地理研讨

图1. 2018年11月23日云南大学东陆校区云南生物资源与利用国家重点实验室
广义虫草学术研讨会会议全体成员合影
 

2018年11月22日至23日,云南大学生命科学学院虫草研究团队,在云南大学东陆校区云南生物资源与利用国家重点实验室五楼会议室,主办召开了广义虫草学术研讨会—蝙蝠蛾拟青霉分类系统与青藏高原线虫草谱系地理研讨。

本次会议邀请的主要嘉宾来自国内11个不同院校、研究所,同时,云南大学生物学领域师生积极参与,会议紧张而热烈。

云南大学生命科学学院虫草研究团队,利用形态和分子系统学结合的方法,在中国和东南亚国家,近20年连续调查发现虫草350余种,已制作虫草标本18,000余份,分离菌株7,000余株,建成全球最大规模的虫草博物馆。


图2.云百草虫草博物馆

会议议题1、蝙蝠蛾拟青霉分类系统位置

蝙蝠蛾拟青霉Paecilomyces hepiali Q.T. Chen & R.Q. Dai ex R.Q. Dai et al.是中国中医科学院中药研究所于1982年,从云南德钦县白马雪山采集的冬虫夏草上分离得到一种真菌。传统意义上的拟青霉,实际上是一个广义的拟青霉属Paecilomyces sensu lato,基于拟青霉属命名蝙蝠蛾拟青霉,其分类位置属于待定分类单元。按现代分类学的观点,拟青霉属已经属于无效属名。通俗地说,蝙蝠蛾拟青霉属于“黑户”。


图3. 蝙蝠蛾拟青霉菌株形态及显微特征

蝙蝠蛾拟青霉与天然冬虫夏草的主要成分、药理作用基本相似,并于1993年申请国家专利。中国医学科学院药物研究所有关人员从青海化隆分离得到蝙蝠蛾拟青霉Cs-4菌株,研发金水宝胶囊,于1987年被批准为国家中药一类新药,临床上用于肺肾两虚,精气不足,久咳虚喘,神疲乏力,不寐健忘,腰膝痠软,月经不调,阳痿早泄;慢性支气管炎、慢性肾功能不全、高脂血症、肝硬化等;现江西济民可信集团发酵生产,2017年金水宝年产值达100亿人民币。如此重要具有巨大经济价值的物种,其分类系统位置的重新确定,将有利于蝙蝠蛾拟青霉可持续进一步开发和利用。

前期研究认为,蝙蝠蛾拟青霉和粉棒束孢在形态结构和分子序列具有高度相似性,一直认为二者可能是同物异名。戴如琴等描述蝙蝠蛾拟青霉新种时,认为该种与粉棒束孢在孢子度量上接近,但瓶梗在分生孢子梗上着生层次和瓶梗的形态以及分生孢子的形态有别。作为一个具有巨大经济价值的物种,为其确定系统分类位置时更应该小心谨慎。

针对以上议题,本次会议专家组及参会人员开展讨论,主要议题及初步形成结论如下:

经过专家组商讨,确认蝙蝠蛾拟青霉与粉棒束孢Isaria farinosa并非同一物种,建议将蝙蝠蛾拟青霉及其近缘种并入Samsoniella属,将蝙蝠蛾拟青霉重新命名为Samsoniella hepiali,并建议将其中文名改为蝠蛾虫草,在适当时予以发表。蝙蝠蛾拟青霉近缘种广泛存在于自然界中,表现出极宽的生态位和极强的适应性。应对与蝙蝠蛾拟青霉在系统发育树中聚为单系群的近缘种进行详细的形态结构描述和分子鉴定。蝙蝠拟青霉分类位置的确定,必将有利于可持续深入开发与利用。比如,蝙蝠蛾拟青霉与冬虫夏草基因组、转录组、代谢组比较研究,将揭示蝙蝠蛾拟青霉与冬虫夏草相似功效成分代谢途径及其作用机理。同时,将蝙蝠蛾拟青霉及其近缘种进行比较基因组学和转录组学研究,对蝙蝠蛾拟青霉及其新资源、新功能开发,将开阔更加广阔的应用前景。

会议议题2、青藏高原线虫草物种多样性及其谱系地理


图5. 青藏高原地理位置及冬虫夏草地理分布

在青藏高原第三纪青藏高原经历多次隆升的地质,以及第四纪经历冰期、间冰期的反复回旋,使得该区的物种形成自身特有区系和进化特征。物种演化和区系分异与物种本身的进化机制、古地理及气候环境等综合因素密切相关。冬虫夏草及其近缘线虫草物种,是多系起源独立演化形成物种多样性还是单系单一共祖起源?在青藏高原特殊地质环境下是如何迁移演化?同时,该类群在多样性演化过程中,发生哪些行为(包括寄主转移)、生理因子的改变以适应地质气候巨大变化?


图6. 广义虫草学术研讨会会议现场


图7. 代永东博士作青藏高原线虫草谱系地理专题报告

针对以上科学问题,本次会议专家组及参会人员开展了报告与讨论,主要议题及初步形成结论如下:

(1)青藏高原线虫草物种多样性


图8. 青藏高原线虫草地理分布

系统调查青藏高原冬虫夏草及近缘种线虫草物种多样性,总共发现13种线虫草,除了原先报到的5种(冬虫夏草Ophiocordyceps sinensis、兰坪线虫草O.lanpingensis、峨眉线虫草O.emeiensis、库日吉玛线虫草O.kurijimeaensis和老君山线虫草O.laojunshanensis),还发现7个新种(白色线虫草O.albastromata、高山线虫草O.alpina、苦味线虫草 O.amara、竹林线虫草 O.bambusicola、虫草王O.megala、褐色线虫草 O.fusca和黑座线虫草O.nigristromata)和一个新组合凉山线虫草O.liangshanensis。初步揭示青藏高原线虫草多样性特征。


图9. 梁宗琦教授在会上发言

(2)冬虫夏草及其近缘种形成谱系结构


图10. 青藏高原13种线虫草系统发育结构

基于多基因系统发育(SSU、LSU、tef-1α、rpb1和rpb2)明确12种线虫草物种系统分类地位和发育关系(O.kurijimeaensis暂未获得多基因数据)。发现除峨眉线虫草外,另外11个物种聚集到同一分支,将该分支定义为线虫草青藏高原核心类群the QTP Core Clade。在该Clade中,还包括分布非青藏高原的6种线虫草:巨针线虫草O.macroacicularis(日本)、雪峰线虫草O.xuefengensis(中国湖南雪峰山)、光亮线虫草 O.illustris(西非和南非)、罗伯茨线虫草O.robertsii(澳大利亚和新西兰)、喀斯特线虫草O.karstii(中国贵州赤水)和文山线虫草O.wenshanensis(中国云南文山)。


图11. 虞泓教授在会上发言

(3)青藏高原冬虫夏草及其近缘种起源探讨

基于S-DIVE进行祖先分布区重建显示横断山南部地区为the QTP Core Clade起源中心。于始新世时期从中-低海拔横断山南部地区中温起源后,伴随地质隆升和气候改变,就地发生分化形成多样性中心,主要为温带-亚热带气候类型。之后由于青藏运动发生地质隆升,造成地块移动,青藏高原及周边海拔和气候温度等差异性增加,为线虫草物种多样性分化提供丰富的地理生态气候条件,并由此发生多样化过程。并伴随青藏高原地质隆升向高海拔及周边地区扩散。并经过长期选择适应,形成O.karstii、O.wenshanensis、O.illustris、O.xuefengensis、O.macroacicularis和O.robertsii等青藏高原外区域特有类群。


图12. 青藏高原核心类群物种传播途径推测

冬虫夏草于晚中新世(~6 Ma)起源于古西藏南部和云南西北部广大地区,之后受高原隆升影响,向高原面扩散,逐渐演化形成适应低温气候特征的青藏高原特有类群。


图13. 冬虫夏草扩散可能路径

(4)冬虫夏草及其近缘种物种形成和分化与青藏高原古地质历史事件之间的关联


图14. 青藏高原县虫草物种分化与青藏运动地质历史事件之间的关联性

利用化石作为时间校验点,使用宽松分子钟模型分别估算了青藏高原线虫草与其寄主类群的分化时间,表明青藏高原线虫草主要支系7次分化发生的时间与第二次青藏高原隆升运动时间一致。暗示青藏高原线虫草物种分化与该区渐新世-中新世时期(25-17 Ma)地质隆升具有强烈的关联性。


图15. 冬虫夏草寄主蝠蛾分化与青藏高原地质隆升之间的关联性

(5)冬虫夏草谱系地理结构


图16. 冬虫夏草菌遗传结构地理分布式样

基于大规模样品(96个居群948个样品)ITS序列探讨冬虫夏草菌遗传多样性和谱系地理结构,得到111个单倍型,获得更为精确的冬虫夏草遗传多样性和分化特征,揭示冬虫夏草可形成8个稳定的系统发育支系,并且具有至少3种地理分布式样。同时发现云南西北部和西藏南部是冬虫夏草遗传多样性和分化中心。


图17. 刘杏忠研究员、杨祝良研究员、韩日畴研究员以及赵永昌研究员分别在会上发言


图18. 胡先奇教授、张克勤教授以及邹成钢教授分别在会上发言

本次会议通过对蝙蝠蛾拟青霉分类系统位置的分析与讨论,建议将蝙蝠蛾拟青霉并入Samsoniella属。这对于具有重要药用价值的蝙蝠蛾拟青霉,将有利于可持续深入开发与利用。 会议通过对青藏高原线虫草类群的多学科深度分析讨论,充分理解冬虫夏草及其近缘种在青藏高原复杂地质和气候条件下,物种多样性及其分化格局,有助于在多学科背景框架下,全面综合解析青藏高原线虫草物种形成与进化机制。