Ghi nhận mới và mối quan hệ tiến hóa của epiphyte (Melanothamnus thailandicus) trên rong sụn (Kappaphycus alvarezii) tại Khánh Hòa
TÓM TẮT Rong sụn (Kappaphycus alvarezii Doty) là loài rong có giá trị kinh tế cao, phân bố ở vùng biển Châu Á Thái Bình Dương, trong đó có Việt Nam. Trong những năm gần đây, nghề nuôi rong sụn phát triển ở các tỉnh Miền Trung góp phần xóa đói giảm nghèo. Tuy nhiên, bệnh do rong phụ sinh (epiphyte) ảnh hưởng đến sản lượng và chất lượng rong sụn. Mẫu rong sụn nhiễm epiphyte được thu tại vịnh Cam Ranh và Vân Phong, Khánh Hòa. Epiphyte được khảo sát và định loại dựa trên đặc điểm hình thái, kiểm chứng phân loại và khảo sát mối quan hệ tiến hóa bằng chỉ thị rbcL của DNA lục lạp. Nghiên cứu phát hiện dạng true epiphyte (u lồi dạng sợi), định loại và ghi nhận mới Melanothamnus thailandicus, ở Việt Nam và trên song sụn. Trình tự rbcL của epiphyte thể hiện sự tương đồng cao (99,98%) với loài M. thailandicus phân bố ở Thái Lan. Cây phát sinh loài cho thấy M. thailandicus ở Khánh Hòa và Thái Lan sắp xếp cùng nhánh, và cùng với các loài thuộc giống Melanothamnus tạo thành nhánh đồng dạng. Nghiên cứu định loại chính xác epiphyte, khảo sát mối quan hệ phát sinh loài, bổ sung thành phần loài rong của Việt Nam, và góp phần phát hiện sớm tác nhân gây bệnh trong nghề nuôi rong sụn
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Tóm tắt nội dung tài liệu: Ghi nhận mới và mối quan hệ tiến hóa của epiphyte (Melanothamnus thailandicus) trên rong sụn (Kappaphycus alvarezii) tại Khánh Hòa
của Ngân hàng quốc tế Genbank. Trình tự rong phụ sinh thu được và các trình tự cùng loài và giống có trên Genbank được dóng hàng và so sánh sự khác biệt di truyền dựa trên phần mềm Bioedit [11]. Mối quan hệ phát sinh loài của epiphyte được khảo sát dựa trên trình tự loài rong thu được (loài Melanothamnus thailandicus), trình tự cùng loài (3 trình tự), 10 trình tự của loài cùng giống (trước kia được dịnh danh là giống Neosiphonia), và 4 trình tự loài khác giống (Polysiphonia spp.) trên Genbank. Thông tin về trình tự, địa điểm thu mẫu và mã số Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 5 genbank được trình bày ở Bảng 1. Phân tích được tiến hành dựa trên thuật toán Neighbour Joining (NJ), với giá trị tin cậy (Bootstrap – BT) là 1000 sử dụng phần mềm Mega 7.0 [18]. Spyridiocolax capixaba và Spyridia clavata (Spyridiaceae) được sử dụng làm nhóm ngoại. Bảng 1. Thông tin về trình tự, địa điểm thu mẫu và mã số Genbank của các loài epiphyte. Tên loài được liệt kê theo Genbank. Tên loài cập nhật được mô tả ở hình 6. STT Loài Địa điểm thu mẫu Mã số Genbank Nguồn 1 Melanothamnus thailandicus Việt Nam MT499883 Nghiên cứu hiện tại 2 Neosiphonia thailandica Thái Lan KM502785-87 Muangmai (2014) 3 Neosiphonia yongpilii Hàn Quốc KT964453 Kim và Kim (2016) 4 Neosiphonia yendoi Hàn Quốc KX265484 Kim et al. (2016) 5 Neosiphonia sphaerocarpa Hàn Quốc KX265479 Kim et al. (2016) 6 Neosiphonia japonica Nhật Bản KX265440 Kim et al. (2016) 7 Neosiphonia tongatensis Panama HM573570 Mamoozadeh và Freshwater (2012) 8 Neosiphonia harlandii Hàn Quốc DQ787485 Kim và Yang (2006) 9 Neosiphonia decumbens Hàn Quốc DQ787480 Kim và Yang (2006) 10 N.teradomariensis Hàn Quốc KX265441 Kim et al. (2016) 11 Neosiphonia fl avimarina Hàn Quốc KX265439 Kim et al. (2016) 12 Melanothamnus harveyi Úc MF101437 Díaz-Tapia et al. (2017) 13 Polysiphonia pacifi ca Canada MF120858 Savoie và Saunders (2019) 14 Polysiphonia stricta Canada EU492916 Stuercke (2006) 15 Polysiphonia adamsiae Úc MH101825 Díaz-Tapia et al. (2008) 16 Polysiphonia atlantica Tây Ban Nha JX828142 Bárbara et al. (2013) 17 Spyridiocolax capixaba Brazil MH884603 Chen et al. (2019) 18 Spyridia clavata Panama KU756119 Won et al. (2019) III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Định loại dựa trên đặc điểm hình thái Sau khi quan sát các lát cắt, kết hợp với quan sát hình thái từng mẫu epiphyte dưới kính hiển vi quang học, đối chiếu với các tài liệu về phân loại, nghiên cứu định loại và ghi nhận mới 1 loài epiphyte trên rong sụn dựa trên đặc điểm hình thái. Melanothamnus thailandicus (N. Muangmai & C.Kaewsuralikhit) Díaz-Tapia & Maggs, 2017 Địa điểm thu mẫu: Vịnh Cam Ranh và Vịnh Vân Phong, Khánh Hòa Vật chủ: Gracilaria fi sher (Thái Lan), Kappaphycus alvarezii (Việt Nam, ghi nhận mới) Dạng Epiphyte (true epiphyte): Đầu tiên, epiphyte hình thành các đốm đen li ti, chưa có hình dạng rõ ràng, xung quanh các đốm đen có dấu hiệu của sự tổn thương cấu trúc mô, sau đó, tạo thành các u lồi (Hình 2a), có thể chỉ là các u lồi có đỉnh đen, ngay tâm hình thành nên dạng sợi, ban đầu chỉ là sợi nhỏ, nhưng dần dần hình thành dạng sợi lớn (Hình 2b,c) rồi sau đó có khả năng phân nhánh tạo dạng cây (Hình 2d). Đặc điểm hình thái: Kích thước chiều dài từ 0,3 - 2 cm, trung bình 1,5 ±0,05 (n=30) có màu nâu đỏ khi quan sát dưới kính hiển vi, thân chia thành các đốt theo chiều dọc, phân nhánh ở gốc, dạng chữ Y (Hình 3b,c), có 4 tế bào quanh tế bào trung tâm ở mỗi đốt (Hình 3b), nhánh mang bào tử chỉ có 3 tế bào (Hình 3d). Đỉnh sinh trưởng chia thành 3 thùy, 1 thùy lớn ở giữa, 2 thùy nhỏ 2 bên (Hình 3a). 6 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2020 2. Kiểm chứng định loại epiphyte bằng phương pháp sinh học phân tử 2.1. Tách chiết DNA và khuếch đại gen rbcL của DNA lục lạp Kết quả điện di DNA tổng số tách chiết từ mẫu epiphyte là 1 băng rõ nét nhưng có vệt sáng kéo dài (lần rửa giải thứ nhất - E1) do có nhiều DNA bị đứt gãy, và 1 băng cho dải sáng mờ hơn nhưng không có vệt sáng kéo dài (lầm rửa giả thứ hai - E2) (Hình 4). Để đảm bảo chất lượng DNA cho phản ứng PCR, nghiên cứu sử dụng DNA tách chiết từ mẫu rửa giải E2 để khuếch đại đoạn gen rbcL. Sử dụng DNA tổng số đã tách chiết làm khuôn, cặp mồi F57 và R1381 [10], sản phẩm PCR của gen rbcL thu được cho kết quả phù hợp với tính toán lý thuyết. Các mẫu đều có băng với kích thước tương ứng 1324 bp (Hình 4). Hình 3. Hình thái ngoài của M. thailandicus. a) Đỉnh sinh trưởng. b) Phân nhánh chữ Y. c) Phân nhánh ở gốc. d) Nhánh mang bào tử. Hình 2. Các dạng của epiphyte dưới kính hiển vi soi nổi. a) Dạng u lồi; b và c) Dạng u lồi mọc sợi, d) Dạng sợi. Hình 4: Hình ảnh điện di DNA tổng số và sản phẩm PCR gen rbcL của loài Melanothamnus thailandicus M: Thang chuẩn DNA 100 bp, E1, E2: DNA tổng số ở lần rửa giải 1 và 2, M1, M2: sản phẩm PCR của M. thailandicus, N: mẫu đối chứng âm. 2.2. Kiểm chứng định loại bằng chỉ thị phân tử Sản phẩm khuếch đại gen rbcL của loài M. thailandicus được giải trình tự và dóng hàng, thu được trình tự dài 1120 bp. Sử dụng tính năng Blast, và so sánh trình tự khác biệt, trình tự loài M. thailandicus thể hiện sự tương đồng 99,98% (1 sai khác nuceotide tại vị trí 683 trên 1120 bp). Sự khác biệt di Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 7 truyền là 0,02 % khi so sánh với các trình tự của loài này trên Genbank (Hình 5). M. thailandicus được mô tả bởi Muangmai et al (2014) [15] với tên loài Neosiphonia thailandica ở cảng Sri Racha, Vịnh Thái Lan. Đặc trưng hình thái cơ bản là các nhánh bào tử có 3 tế bào xung quanh. Phân tích mối quan hệ phát sinh loài cho thấy M. thailandicus sắp xếp chung nhánh với các loài Neosiphonia, và gần gũi với loài N. sphaerocarpa và P. forfex. Hình 5: Vị trí khác biệt Nucleotide (vị trí 683, in đậm) của trình tự rbcL loài M. thailandicus so với các trình tự trên Genbank. Tên loài 665 675 685 695 705 715 M.thailandica CATAGAATAT AGAAATCTTT CTTTCCAGCG CATAAAAGGC TGCGAATTAA TGTTTTCATC M.thKM502785 CATAGAATAT AGAAATCTTT CTTTCCAACG CATAAAAGGC TGCGAATTAA TGTTTTCATC M.thKM502787 CATAGAATAT AGAAATCTTT CTTTCCAACG CATAAAAGGC TGCGAATTAA TGTTTTCATC M.thKM502786 CATAGAATAT AGAAATCTTT CTTTCCAACG CATAAAAGGC TGCGAATTAA TGTTTTCATC Nghiên cứu hiện tại cho thấy sự tương đồng về mặt hình thái (phân nhánh gốc chữ Y, đỉnh sinh trưởng có 3 tế bào), và di truyền (tương đồng là 99,98% dựa trên chỉ thị rbcL của DNA lục lạp) có thể định loại chính xác loài này là Melanothamnus thailandicus. Theo Muangmai et al (2014) [15], M. thailandicus được tìm thấy trên Gracilaria fi sher, vì vậy đây là lần đầu tiên loài này được ghi nhận trên rong sụn. 2.3. Khảo sát mối quan hệ phát sinh loài Melanothamnus thailandicus Dựa trên trình tự loài M. thailandicus từ nghiên cứu hiện tại, và các trình tự có sẵn trên Genbank (Bảng 1), phân tích mối quan hệ phát sinh loài với giá trị BT trên các nhánh được biểu hiện ở Hình 6. Hình 6: Cây phát sinh loài (phương pháp NJ, phần mềm Mega) của các loài Melanothamnus. Giá trị tin cậy (Boostraps) được biểu hiện trên các nhánh. Hình chữ nhật là loài trong nghiên cứu hiện tại. Tên mới được cập nhật theo Díaz-tapia et al. (2017) [9] 8 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2020 Trên Hình 6, Loài M. thailandicus (tên cũ Neosiphonia thailandica) được xếp chung một nhánh riêng biệt với các loài này thu từ Thái Lan (BT 100%), giúp khẳng định sự định loại chính xác và vị trí phân loại của loài. Loài M. thailandicus cùng với các loài cùng giống tạo thành một nhánh đồng dạng với giá trị BT cao (100%). Các loài Melanothamnus spp. thể hiện mối quan hệ gần gũi với các loài thuộc giống Polysiphonia. Theo Muangmai et al. (2014) [15], N. thailandica có quan hệ gần gữi với loài N. sphaerocarpa và Polysiphonia forfex. Díaz-tapia et al. (2017) [9] đề xuất giống Melanothamnus (bao gồm các loài của giống Fernandosiphonia và Neosiphonia, và xếp 3 loài trên vào giống Melanothamnus. Giống Melanothamnus (gồm 46 loài) đặc trưng bởi đỉnh sinh trưởng có 3 tế bào. Nguồn gốc tiến hóa của giống Melanothamnus được ước tính là 75,7 - 95,78 triệu năm trước. Mặc dù phát sinh trong kỷ Phấn trắng, Melanothamnus là một giống chủ yếu ở Ấn Độ - Thái Bình Dương, do đó sự vắng mặt của giống này ở phía đông bắc Đại Tây Dương hiện vẫn chưa thể giải thích [9]. IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Nghiên cứu ghi nhận mới epiphyte trên rong sụn. Dựa trên đặc điểm hình thái và di truyền, nghiên cứu định loại chính xác loài Melanothamnus thailandicus và khảo sát mối quan hệ tiến hóa. Cần có nghiên cứu chuyên sâu và trên diện rộng các dạng/loài epiphyte trên rong sụn nhằm bổ sung thành phần loài, tác nhân gây bệnh góp phần phát hiện sớm và có biện pháp phòng, trừ bệnh thích hợp. LỜI CẢM TẠ: Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ths. Trương Thị Oanh, và Ths. Trần Quang Sáng đã hỗ trợ xử lý hình ảnh và số liệu di truyền. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Bùi Đình Lâm, Định Thị Ngọc Mai, Nguyễn Lâm Anh, Hoàng Thị Lan, Đinh Thị Thu Hằng, Trần Thị Hồng Hà, Lê Mai Hương, Đặng Diễm Hồng (2010), “Đa dạng sinh học của các loài vi sinh vật cơ hội gây bệnh trắng nhũn thân (ice – ice disease) trên Rong Sụn (Kappaphycus alvarezii, K. striatum) ở miền trung Việt Nam”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ. 48, Tr. 311–319. 2. Đinh Thị Hải Yến, (2005) “Thử nghiệm trồng rong sụn (Kappapphycus alvarezii Doty) tại Đàm Bấy, Nha Trang, Khánh Hòa”, Kỷ yếu Hội Nghị Khoa Học Toàn Quốc về Sinh Thái và Tài Nguyên Sinh Vật Lần Thứ 6. Tr. 1828–1833. 3. Huỳnh Quang Năng (2006), “Hoạch định vùng phát triển trồng rong sụn (Kappaphycus alvarezii) ven biển phía Nam Việt Nam”. Báo cáo khoa học, Tr. 25-28. 4. Lê Mai Hương, Trần Mai Đức (2010), “Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh trong phòng bệnh nhũn thân (ice-ice disease) ở rong sụn Việt Nam”, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học chương trình CNSH thủy sản. 5. Ngô Thị Thu Thảo, Huỳnh Hàn Châu, Trần Ngọc Hải (2010), “Ảnh hưởng của việc nuôi kết hợp các mật độ rong sụn (Kappaphycus alvarezii) với tôm chân trắng (Litopenaeus vannamei)”. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ 16a, Tr. 100–110. 6. Nguyễn Hữu Đại (1999), “Rong biển phụ sinh (Epiphyte) trên cỏ biển ở Khánh Hòa”. Tuyển tập Nghiên cứu biển IX, Tr. 196–204. Tiếng Anh 7. Arbeli, Z., Fuentes, C.L., (2007), "Improved purifi cation and PCR amplifi cation of DNA from environmental samples". FEMS Microbiology Letters 272, pp. 269–275. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2007.00764.x. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 9 8. Borlongan, I.A.G., Luhan, M.R.J., Padilla, P.I.P., Hurtado, A.Q., (2016), "Photosynthetic responses of ‘Neosiphonia sp . epiphyte-infected’ and healthy Kappaphycus alvarezii (Rhodophyta) to irradiance, salinity and pH variations", Journal of Applied Phycology. 28, pp. 2891–2902 https://doi.org/10.1007/s10811-016-0833-4. 9. Díaz-tapia, P., Mcivor, L., Freshwater, D.W., Verbruggen, H., Wynne, M.J., Maggs, C.A., Gray, V.S.F., (2017). "The genera Melanothamnus Bornet & Falkenberg and Vertebrata S . F . Gray constitute well-defi ned clades of the red algal tribe Polysiphonieae". European Journal of Phycology 52, 1–30. https://doi.org/10.108 0/09670262.2016.1256436. 10. Freshwater, D.W., Ueness, J., (1994). "Phylogenetic relationships of some European Gelidium (Gelidiales, Rhodophyta) species, based on rbcL nucleotide sequence analysis". Phycologia 33. 11. Hall, T.A., (1999). "BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows95/98/NT". Nucleic Acids Symposium Series. 41, pp. 95–98. 12. Hayashi, L., Anicia., Hurtado, Msuya, F., Bleicher-Lhonneur, G., Critchley, Alan, (2010). "A Review of Kappaphycus Farming: Prospects and Constraints, in: Seaweeds and Their Role in Globally Changing Environments". Springer Dordrecht Heidelberg, London, pp. 254–283. https://doi.org/10.1007/978-90-481-8569-6. 13. Hurtado, A.., Critchley, A.., (2006). "Seaweed industry of the Phillipines and the problem of epiphytism in Kappaphycus farming, in: &, Critchley, Ang, P.O. (Eds.)", Advances in Seaweed Cultivation and Utilisation in Asia. University of Malaya, Kuala Lumpur, pp. 21–28. 14. Kearse, M., Moir, R., Wilson, A., Stones-Havas, S., Cheung, M., Sturrock, S., Buxton, S., Cooper, A., Markowitz, S., Duran, C., Thierer, T., Ashton, B., Meintjes, P., Drummond, A., (2012). "Geneious Basic: An integrated and extendable desktop software platform for the organization and analysis of sequence data". Bioinformatics 28, pp. 1647–1649. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts199 15. Muangmai, N., Yamagishi, Y., Maneekat, S., Kaewsuralikhit, C., (2014). "The new species Neosiphonia thailandica sp. nov. (Rhodomelaceae, Rhodophyta) from the Gulf of Thailand". Botanica Marina. 57, pp. 459–467. https://doi.org/10.1515/bot-2014-0042 16. Nguyen, X., Nguyen, T., Dao, V., Liao, L., (2019). "New record of Grateloupia taiwanensis S . -M . Lin et H . -Y . Liang in Vietnam : Evidence of morphological observation and rbc L sequence analysis". Biodiverstas 20, 688–695. https://doi.org/10.13057/biodiv/d200311 17. Rantetondok, Alexander., Latama, G., (2017). "Epiphytic and Ice-ice Diseases of Seaweed, Kappaphycus alvarezii and its Effect on Growth Rate and Carrageenan Qualit". International Journal of Aquaculture 7, pp. 134–138. https://doi.org/doi: 10.5376/ija.2017.07.0021. 18. Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A., Kumar, S., (2013). "MEGA6: Molecular evolutionary genetics analysis version 6.0". Moecular Biology and Evoluion 30, pp. 2725–2729. https://doi.org/10.1093/ molbev/mst197. 19. Trono, C., (1999). "Seaweeds, in: Carpenter, K.E. and Niem, V.H. (Ed.)", The Living Marine Resources of the Western Central Pacifi c, Vol. 1. FAO Species Identifi cation Guide for Fishery Purposes. . FAO, Rome, pp. 19–99. 20. Vairappan, C., Chung, CS., Matsunaga, S., (2014). "Effect of epiphyte infection on physical and chemical properties of carrageenan produced by Kappaphycus alvarezii Doty (Soliericeae, Gigartinales, Rhodophyta)". Journal of Applied Phycolog 26, pp. 923–931. https://doi.org/10.1007/s10811-013-0126-0. 21. Vairappan, C.S., (2006). "Seasonal occurrences of epiphytic algae on the commercially cultivated red alga Kappaphycus alvarezii (Solieriaceae, Gigartinales, Rhodophyta)". Journal of Applied Phycolog 18 (3,. pp. 611–617. https://doi.org/10.1007/s10811-006-9062-6 22. Vairappan, C.S., Chung, C.S., Lhonneur, G.B., Critchley, A., (2007). "Distribution and symptoms of epiphyte infection in major carrageenophyte-producing farms". Journal of Applied Phycolog. https://doi. org/10.1007/s10811-007-9299-8.
File đính kèm:
- ghi_nhan_moi_va_moi_quan_he_tien_hoa_cua_epiphyte_melanotham.pdf