廣義蟲草學術研討會—蝙蝠蛾擬青黴分類系統與青藏高原線蟲草譜系地理研討


圖1. 2018年11月23日雲南大學東陸校區雲南生物資源與利用國家重點實驗室
廣義蟲草學術研討會會議全體成員合影

2018年11月22日至23日,雲南大學生命科學學院蟲草研究團隊,在雲南大學東陸校區雲南生物資源與利用國家重點實驗室五樓會議室,主辦召開了廣義蟲草學術研討會—蝙蝠蛾擬青黴分類系統與青藏高原線蟲草譜系地理研討。

本次會議邀請的主要嘉賓來自國內11個不同院校、研究所,同時,雲南大學生物學領域師生積極參與,會議緊張而熱烈。

雲南大學生命科學學院蟲草研究團隊,利用形態和分子系統學結合的方法,在中國和東南亞國家,近20年連續調查發現蟲草350餘種,已製作蟲草標本18,000餘份,分離菌株7,000餘株,建成全球最大規模的蟲草博物館。


圖2.雲百草蟲草博物館

會議議題1、蝙蝠蛾擬青黴分類系統位置

蝙蝠蛾擬青黴Paecilomyces hepiali Q.T. Chen & R.Q. Dai ex R.Q. Dai et al.是中國中醫科學院中藥研究所於1982年,從雲南德欽縣白馬雪山採集的冬蟲夏草上分離得到一種真菌。傳統意義上的擬青黴,實際上是一個廣義的擬青黴屬Paecilomyces sensu lato,基於擬青黴屬命名蝙蝠蛾擬青黴,其分類位置屬於待定分類單元。按現代分類學的觀點,擬青黴屬已經屬於無效屬名。通俗地說,蝙蝠蛾擬青黴屬於“黑戶”。


圖3. 蝙蝠蛾擬青黴菌株形態及顯微特徵

蝙蝠蛾擬青黴與天然冬蟲夏草的主要成分、藥理作用基本相似,並於1993年申請國家專利。中國醫學科學院藥物研究所有關人員從青海化隆分離得到蝙蝠蛾擬青黴Cs-4菌株,研發金水寶膠囊,於1987年被批准為國家中藥一類新藥,臨床上用於肺腎兩虛,精氣不足,久咳虛喘,神疲乏力,不寐健忘,腰膝痠軟,月經不調,陽痿早洩;慢性支氣管炎、慢性腎功能不全、高脂血症、肝硬化等;現江西濟民可信集團發酵生產,2017年金水寶年產值達100億人民幣。如此重要具有巨大經濟價值的物種,其分類系統位置的重新確定,將有利於蝙蝠蛾擬青黴可持續進一步開發和利用。

前期研究認為,蝙蝠蛾擬青黴和粉棒束孢在形態結構和分子序列具有高度相似性,一直認為二者可能是同物異名。戴如琴等描述蝙蝠蛾擬青黴新種時,認為該種與粉棒束孢在孢子度量上接近,但瓶梗在分生孢子梗上著生層次和瓶梗的形態以及分生孢子的形態有別。作為一個具有巨大經濟價值的物種,為其確定係統分類位置時更應該小心謹慎。

針對以上議題,本次會議專家組及參會人員開展討論,主要議題及初步形成結論如下:

經過專家組商討,確認蝙蝠蛾擬青黴與粉棒束孢Isaria farinosa並非同一物種,建議將蝙蝠蛾擬青黴及其近緣種併入Samsoniella屬,將蝙蝠蛾擬青黴重新命名為Samsoniella hepiali ,並建議將其中文名改為蝠蛾蟲草,在適當時予以發表。蝙蝠蛾擬青黴近緣種廣泛存在於自然界中,表現出極寬的生態位和極強的適應性。應對與蝙蝠蛾擬青黴在系統發育樹中聚為單系群的近緣種進行詳細的形態結構描述和分子鑑定。蝙蝠擬青黴分類位置的確定,必將有利於可持續深入開發與利用。比如,蝙蝠蛾擬青黴與冬蟲夏草基因組、轉錄組、代謝組比較研究,將揭示蝙蝠蛾擬青黴與冬蟲夏草相似功效成分代謝途徑及其作用機理。同時,將蝙蝠蛾擬青黴及其近緣種進行比較基因組學和轉錄組學研究,對蝙蝠蛾擬青黴及其新資源、新功能開發,將開闊更加廣闊的應用前景。

會議議題2、青藏高原線蟲草物種多樣性及其譜系地理


圖5. 青藏高原地理位置及冬蟲夏草地理分佈

在青藏高原第三紀青藏高原經歷多次隆升的地質,以及第四紀經歷冰期、間冰期的反復回旋,使得該區的物種形成自身特有區系和進化特徵。物種演化和區系分異與物種本身的進化機制、古地理及氣候環境等綜合因素密切相關。冬蟲夏草及其近緣線蟲草物種,是多繫起源獨立演化形成物種多樣性還是單係單一共祖起源?在青藏高原特殊地質環境下是如何遷移演化?同時,該類群在多樣性演化過程中,發生哪些行為(包括寄主轉移)、生理因子的改變以適應地質氣候巨大變化?


圖6. 廣義蟲草學術研討會會議現場


圖7. 代永東博士作青藏高原線蟲草譜系地理專題報告

針對以上科學問題,本次會議專家組及參會人員開展了報告與討論,主要議題及初步形成結論如下:

(1)青藏高原線蟲草物種多樣性


圖8. 青藏高原線蟲草地理分佈

系統調查青藏高原冬蟲夏草及近緣種線蟲草物種多樣性,總共發現13種線蟲草,除了原先報到的5種(冬蟲夏草Ophiocordyceps sinensis、蘭坪線蟲草O.lanpingensis、峨眉線蟲草O.emeiensis、庫日吉瑪線蟲草O.kurijimeaensis和老君山線蟲草O.laojunshanensis),還發現7個新種(白色線蟲草O.albastromata、高山線蟲草O.alpina、苦味線蟲草 O.amara、竹林線蟲草 O.bambusicola 、蟲草王O.megala、褐色線蟲草 O.fusca和黑座線蟲草O.nigristromata)和一個新組合涼山線蟲草O.liangshanensis。初步揭示青藏高原線蟲草多樣性特徵。


圖9. 梁宗琦教授在會上發言

(2)冬蟲夏草及其近緣種形成譜系結構


圖10. 青藏高原13種線蟲草系統發育結構

基於多基因係統發育(SSU、LSU、tef-1α、rpb1和rpb2)明確12種線蟲草物種系統分類地位和發育關係(O.kurijimeaensis暫未獲得多基因數據)。發現除峨眉線蟲草外,另外11個物種聚集到同一分支,將該分支定義為線蟲草青藏高原核心類群the QTP Core Clade。在該Clade中,還包括分佈非青藏高原的6種線蟲草:巨針線蟲草O.macroacicularis(日本)、雪峰線蟲草O.xuefengensis(中國湖南雪峰山)、光亮線蟲草 O.illustris(西非和南非)、羅伯茨線蟲草O.robertsii(澳大利亞和新西蘭)、喀斯特線蟲草O.karstii(中國貴州赤水)和文山線蟲草O.wenshanensis(中國雲南文山)。


圖11. 虞泓教授在會上發言

(3)青藏高原冬蟲夏草及其近緣種起源探討

基於S-DIVE進行祖先分佈區重建顯示橫斷山南部地區為the QTP Core Clade起源中心。於始新世時期從中-低海拔橫斷山南部地區中溫起源後,伴隨地質隆升和氣候改變,就地發生分化形成多樣性中心,主要為溫帶-亞熱帶氣候類型。之後由於青藏運動發生地質隆升,造成地塊移動,青藏高原及周邊海拔和氣候溫度等差異性增加,為線蟲草物種多樣性分化提供豐富的地理生態氣候條件,並由此發生多樣化過程。並伴隨青藏高原地質隆升向高海拔及周邊地區擴散。並經過長期選擇適應,形成O.karstii、O.wenshanensis、O.illustris、O.xuefengensis、O.macroacicularis和O.robertsii等青藏高原外區域特有類群。


圖12. 青藏高原核心類群物種傳播途徑推測

冬蟲夏草於晚中新世(~6 Ma)起源於古西藏南部和雲南西北部廣大地區,之後受高原隆升影響,向高原面擴散,逐漸演化形成適應低溫氣候特徵的青藏高原特有類群。


圖13. 冬蟲夏草擴散可能路徑

(4)冬蟲夏草及其近緣種物種形成和分化與青藏高原古地質歷史事件之間的關聯


圖14. 青藏高原縣蟲草物種分化與青藏運動地質歷史事件之間的關聯性

利用化石作為時間校驗點,使用寬鬆分子鐘模型分別估算了青藏高原線蟲草與其寄主類群的分化時間,表明青藏高原線蟲草主要支系7次分化發生的時間與第二次青藏高原隆昇運動時間一致。暗示青藏高原線蟲草物種分化與該區漸新世-中新世時期(25-17 Ma)地質隆升具有強烈的關聯性。


圖15. 冬蟲夏草寄主蝠蛾分化與青藏高原地質隆升之間的關聯性

(5)冬蟲夏草譜系地理結構


圖16. 冬蟲夏草菌遺傳結構地理分佈式樣

基於大規模樣品(96個居群948個樣品)ITS序列探討冬蟲夏草菌遺傳多樣性和譜系地理結構,得到111個單倍型,獲得更為精確的冬蟲夏草遺傳多樣性和分化特徵,揭示冬蟲夏草可形成8個穩定的系統發育支系,並且具有至少3種地理分佈式樣。同時發現雲南西北部和西藏南部是冬蟲夏草遺傳多樣性和分化中心。


圖17. 劉杏忠研究員、楊祝良研究員、韓日疇研究員以及趙永昌研究員分別在會上發言


圖18. 胡先奇教授、張克勤教授以及鄒成鋼教授分別在會上發言

本次會議通過對蝙蝠蛾擬青黴分類系統位置的分析與討論,建議將蝙蝠蛾擬青黴併入Samsoniella屬。這對於具有重要藥用價值的蝙蝠蛾擬青黴,將有利於可持續深入開發與利用。會議通過對青藏高原線蟲草類群的多學科深度分析討論,充分理解冬蟲夏草及其近緣種在青藏高原複雜地質和氣候條件下,物種多樣性及其分化格局,有助於在多學科背景框架下,全面綜合解析青藏高原線蟲草物種形成與進化機制。