奧斯特亞科線蟲種的多樣性研究回顧

許 強(qiáng)，楊學(xué)財(cái)，萬雪梅，賈驍曄，劉新宇，王寶森，冉乾東，吳專麗，王波波，蔡葵蒸

(西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州 730030)

毛圓科(Trichostrongylidae)線蟲是反芻動(dòng)物體內(nèi)最常見的胃腸線蟲。而奧斯特亞科(Ostertagiinae)是毛圓科中最主要的亞科成員，該亞科中的絕大多數(shù)種類是全世界分布的家養(yǎng)和野生反芻動(dòng)物的胃腸線蟲[1]。由于這些寄生蟲種類是土源性感染，故感染普遍且分布廣泛，亦在畜牧業(yè)生產(chǎn)中造成了經(jīng)濟(jì)上的重要損失。半個(gè)世紀(jì)以來人們通常使用化學(xué)驅(qū)蟲藥對(duì)這些胃腸線蟲進(jìn)行控制并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但驅(qū)蟲藥的長(zhǎng)期、頻繁使用，導(dǎo)致了家養(yǎng)反芻動(dòng)物胃腸線蟲抗藥性的發(fā)生和發(fā)展。為弄清抗藥性線蟲的種類和流行病學(xué)，世界許多地區(qū)進(jìn)行了抗藥性線蟲種類調(diào)查[2-3]，這其中非常重要的工作涉及到線蟲種類的正確鑒定。同樣，在家養(yǎng)和野生動(dòng)物寄生蟲種類調(diào)查或寄生蟲病的診斷和防治中，種的鑒定亦是重要的環(huán)節(jié)。然而，由于毛圓科線蟲，特別是奧斯特亞科種的多態(tài)性出現(xiàn)，致使人們僅依據(jù)形態(tài)學(xué)特征鑒別蟲種日益困難。換言之，一些種的個(gè)別特性是否反映真正種的差別，還僅是同一個(gè)種內(nèi)的變異[4]?這就要求我們不斷了解和探索這種變異現(xiàn)象。

奧斯特亞科在毛圓科線蟲中分類地位是確定的。然而，這個(gè)亞科內(nèi)有相當(dāng)?shù)囊恍┓N發(fā)生了大的變異，這種變異表現(xiàn)為：其一，形態(tài)不同，但缺乏遺傳差異(種的多態(tài)性)；其二，形態(tài)非常相似，但遺傳學(xué)上有很大差異(隱藏種和種的復(fù)合體)。另外，出現(xiàn)一些種間雜交的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)和存在對(duì)以往傳統(tǒng)的分類學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也是非常有趣的課題之一。對(duì)于這方面的知識(shí)在我國知之甚少。因此很有必要回顧過去幾十年來國外的研究成果，本文就有關(guān)奧斯特亞科種的多樣性提供必要的信息，以期使我們將來在工作實(shí)踐和科學(xué)研究中得到啟發(fā)。

1 奧斯特亞科線蟲中“種對(duì)”聯(lián)合發(fā)生、形態(tài)學(xué)和雜交研究概述

在早期的研究中，為了證明奧斯特亞科中環(huán)紋背板線蟲(Teladorsagiacircumcincta)(以前曾稱環(huán)狀?yuàn)W斯特或普通奧斯特線蟲O.circumcincta)、三叉背板線蟲(T.trifurcate)(以前曾稱三叉奧斯特線蟲O.trifurcate)和達(dá)氏背板線蟲(T.davtiani)之間是否有遺傳隔離。人們進(jìn)行了雜交研究，結(jié)果表明這3個(gè)種的雄蟲通常產(chǎn)生于F1代，同時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)紋背板線蟲的雄蟲在F1代會(huì)快速地產(chǎn)生并在數(shù)量上壓倒其他2種，而且成功并產(chǎn)生了不同形態(tài)的雄蟲[6-7]，這證明它們之間未發(fā)現(xiàn)有遺傳隔離現(xiàn)象。與此同時(shí)，人們也發(fā)現(xiàn)奧氏奧斯特線蟲(O.ostertagi)和琴形奧斯特線蟲(O.lyrata)、細(xì)刺奧斯特線蟲(O.leptospicularis)和格魯吉亞奧斯特線蟲(O.kolchida)之間遺傳學(xué)的關(guān)系，雜交試驗(yàn)證實(shí)在這些蟲種之間會(huì)產(chǎn)生像親本雙方中任何一個(gè)的大量子代[6]。Suarez V H等[7]報(bào)道了從奧氏奧斯特線蟲和細(xì)刺奧斯特線蟲的異種雜交中獲得不育的雜合體，即形態(tài)上測(cè)量的中間體(測(cè)量雌雄蟲頭端到頸乳突距離、食道長(zhǎng)度、雄蟲交合體長(zhǎng)、雌蟲排卵器長(zhǎng)度、陰門到尾端的距離、尾部和肛門區(qū)的寬度)。

早期關(guān)于奧斯特亞科線蟲許多“種對(duì)”的研究，為后來的多態(tài)性假說奠定了基礎(chǔ)，這個(gè)假說提出聯(lián)合發(fā)生的“種對(duì)”只是同一個(gè)種的不同形態(tài)類型。對(duì)于每一個(gè)多態(tài)性的種，只有形態(tài)不同的雄蟲根據(jù)交合刺、引帶和生殖錐的形態(tài)結(jié)構(gòu)可以識(shí)別，雌蟲一般無法識(shí)別[8]。最初發(fā)現(xiàn)三叉背板線蟲和達(dá)氏背板線蟲交合刺都粗短，可通過生殖錐區(qū)別，而環(huán)紋背板線蟲交合刺細(xì)長(zhǎng)；后來發(fā)現(xiàn)，三叉背板線蟲和達(dá)氏背板線蟲事實(shí)上是環(huán)紋背板線蟲的形態(tài)變異型，因?yàn)檫@3種形態(tài)類型的雄蟲總是同時(shí)發(fā)生，其中環(huán)紋背板線蟲在群體中比例總是占優(yōu)勢(shì)[9]，因而環(huán)紋背板線蟲稱為主要形體類型，其余兩種均為次要形態(tài)類型，在含有上述雄蟲類型的群體中，它們的雌蟲形態(tài)沒有差異[7]。除背板屬外，在奧斯特亞科其他屬中，每一對(duì)聯(lián)合發(fā)生的種(即次級(jí)和主級(jí)形態(tài)的變體)在一些特征如食管結(jié)構(gòu)、體表縱嵴(synlophe)和交合傘肋的模式方面相似，然而它們?cè)凇皩佟币患?jí)的特征上又不同，特別是交合刺、引帶和生殖錐的結(jié)構(gòu)上不同[5,8]。由于這樣的標(biāo)本在某些形態(tài)特征上的不同，把它們劃分在不同的屬里，然而，事實(shí)上它們是一個(gè)種的多態(tài)性表現(xiàn)形式，它們的雌蟲在陰門和陰門瓣的結(jié)構(gòu)幾乎是相同的[8]。

綜上所述，國外眾多學(xué)者進(jìn)行的形態(tài)學(xué)研究和種間相互關(guān)系的分析，證實(shí)了早期關(guān)于“種”多態(tài)性的建議。根據(jù)文獻(xiàn)，奧斯特亞科內(nèi)的15個(gè)屬中5個(gè)屬，即背板屬、奧斯特屬、奧洛夫?qū)佟?刺翼屬和馬歇爾屬應(yīng)該認(rèn)為是多形態(tài)性的屬[8,12]。

2 分子生物學(xué)分析證實(shí)了奧斯特亞科線蟲中種的多態(tài)性

隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的快速發(fā)展，各種分子學(xué)工具補(bǔ)充了寄生蟲學(xué)的診斷技術(shù)。分子技術(shù)，特別是核糖體DNA(rDNA)內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)1和2(ITS1和ITS2)的序列測(cè)定對(duì)已描述種的驗(yàn)證、新種和被錯(cuò)定種的識(shí)別均是可能和有用的。Stenvenson L A等[9]首次使用分子學(xué)技術(shù)研究了環(huán)紋背板線蟲、三叉背板線蟲、達(dá)氏背板線蟲、奧氏奧斯特線蟲、細(xì)刺奧斯特線蟲的ITS2 rDNA序列，證明原來文獻(xiàn)記載的背板屬3個(gè)種在該序列上無明顯差異，證明是同一個(gè)種，而背板屬和奧斯特屬之間有13%～15%序列差異。

Grillo V等[13]使用了一種多位點(diǎn)群體遺傳學(xué)分析技術(shù)，分析了31條環(huán)紋背板線蟲、30條三叉背板線蟲、31條達(dá)氏背板線蟲5個(gè)微衛(wèi)星的基因型，證明這3種線蟲之間沒有檢測(cè)出遺傳學(xué)差異。此外，還有許多分子學(xué)分析并結(jié)合雜交試驗(yàn)、先進(jìn)的形態(tài)學(xué)觀察，均證明了環(huán)紋背板線蟲、三叉背板線蟲和達(dá)氏背板線蟲是同一個(gè)種[12-15]。

Dallas J F等[16]對(duì)格氏奧斯特線蟲(O.gruehneri)和來自兩種馴鹿的O.arctica進(jìn)行了分子學(xué)分析，證實(shí)了奧斯特屬中存在著地理分布上相距遙遠(yuǎn)種的多態(tài)性，而且這些種的分布也擴(kuò)大了宿主種類范圍。他們所檢測(cè)線蟲的ITS1和ITS2 rDNA序列在分支的相對(duì)水平上顯示出幾乎相同的序列；這一結(jié)果強(qiáng)烈支持了O.gruehneri和O.arctica是同種二態(tài)型的雄蟲。后來，Dallas J F等[17]使用相同的分子標(biāo)記，證明馬氏馬歇爾線蟲(M.marshalli)和西方馬歇爾線蟲(M.occidentalis)也是同種二態(tài)型的雄蟲。一些學(xué)者為了驗(yàn)證刺翼屬多態(tài)性種的假說[18-19]，使用ITS1 和 ITS rDNA和線粒體DNA (mitochondrial DNA,mtDNA)中NADH(煙酰胺腺嘌呤=核苷酸)脫氫酶亞基4基因(ND4)作為標(biāo)記，證明S.mathevossiani是S.spiculoptera的次級(jí)形態(tài)變體，S.quadrispiculata是S.asymmetrica的次級(jí)形態(tài)變體。近來通過ITS2 rDNA和mtDNA中細(xì)胞色素c氧化酶亞基Ⅰ基因(cyclooxygenase Ⅰ,COXⅠ)的分析，證實(shí)了S.houdemeri和S.andreevae是具多態(tài)性的同一個(gè)種[20]。

表1 奧斯特亞科5個(gè)多態(tài)性屬種線蟲中的形態(tài)類型和典型宿主

注：表中數(shù)據(jù)來自于Hoberg等2012和Wyrobisz等2016。

Note：data in the table come from Hoberg et al.2012 and Wyrobisz et al.2016.

3 結(jié)語

奧斯特亞科內(nèi)種的多態(tài)性提示，僅根據(jù)形態(tài)特征鑒定種是困難的，由于多態(tài)性種的出現(xiàn)，過去文獻(xiàn)中記載了許多關(guān)于這些變體不正確的鑒定?，F(xiàn)在人們還沒有充分認(rèn)識(shí)到奧斯特亞科內(nèi)可能有廣泛的種復(fù)合體、隱藏種及種間雜交的存在，這可能是蟲種鑒定的主要錯(cuò)誤來源[15,20]。研究表明，奧斯特亞科中DNA序列的多樣性與其他科的大多數(shù)線蟲相比在種一級(jí)的水平上表現(xiàn)非常高，這種變異性可能是這些寄生蟲具有非常大的群體數(shù)量所造成，如毛圓科線蟲中捻轉(zhuǎn)血矛線蟲在全球廣泛分布，有非常大的群體數(shù)量，Pyziel A M等[22]通過來自于歐洲野牛的捻轉(zhuǎn)血矛線蟲進(jìn)行常規(guī)PCR分子檢測(cè)和實(shí)時(shí)定量PCR(real-time PCR)檢測(cè)，很好地保護(hù)了歐洲野牛種群。分子學(xué)研究揭示了在奧斯特亞科線蟲群體中有明顯的種間多樣性。例如，環(huán)紋背板線蟲是主要寄生于綿羊和山羊，偶爾也在其他反芻動(dòng)物中寄生，曾經(jīng)公認(rèn)為在這些動(dòng)物中發(fā)生的是一個(gè)種，但現(xiàn)在認(rèn)為它代表了所謂的背板線蟲種的復(fù)合體[23]。以前根據(jù)形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)鑒定認(rèn)為在山羊和綿羊上是一個(gè)種的環(huán)紋背板線蟲，現(xiàn)在認(rèn)為隱藏著另一個(gè)獨(dú)立的種，其中一個(gè)是綿羊和山羊均可感染、最為常見的環(huán)紋背板線蟲，另一種只感染山羊且不常見(只在法國少數(shù)山羊場(chǎng)得到鑒定)[23-24]。雖然在奧斯特亞科中雄蟲的多態(tài)性已經(jīng)得到記述，但這些變體在奧斯特亞科的生物學(xué)上所起的作用目前還不清楚，其共存的變體在形態(tài)上的顯著差異也可能取決于環(huán)境、季節(jié)和宿主的種類。

毛圓科線蟲是一大類群的線蟲，宿主范圍很廣，其種的多樣性是不言而喻的，種的多態(tài)性、復(fù)合體和隱藏種在其他亞科中很可能隨著技術(shù)的進(jìn)步會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)。家養(yǎng)動(dòng)物的線蟲種類已進(jìn)行了深入的調(diào)查，但由于種的多態(tài)性等現(xiàn)象的存在使得它們的分類復(fù)雜化。一些動(dòng)物的毛圓科線蟲種類目前尚缺乏全面的了解，近來鴕鳥和鹿的寄生蟲調(diào)查表明，這些宿主的胃腸線蟲無論是種間還是種內(nèi)具有豐富的多樣性[25-28]。我國是一個(gè)地域遼闊、氣候復(fù)雜的國家，其中隱藏的生物多樣性是不言而喻的。但是，對(duì)于寄生線蟲的歷史及生物地理學(xué)研究相當(dāng)貧乏，奧斯特亞科線蟲種的多樣性還從未研究。因此，在我國進(jìn)行深入的調(diào)查很有必要，應(yīng)借助分子生物學(xué)方法并結(jié)合先進(jìn)的形態(tài)學(xué)研究技術(shù)進(jìn)行種的鑒定和種群的遺傳學(xué)分析，這對(duì)進(jìn)一步理解寄生蟲的物種形成、寄生蟲與宿主進(jìn)化關(guān)系及對(duì)家畜寄生蟲病的診斷和防控具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。