奥斯特亚科线虫种的多样性研究回顾

许 强，杨学财，万雪梅，贾骁晔，刘新宇，王宝森，冉乾东，吴专丽，王波波，蔡葵蒸

(西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州 730030)

毛圆科(Trichostrongylidae)线虫是反刍动物体内最常见的胃肠线虫。而奥斯特亚科(Ostertagiinae)是毛圆科中最主要的亚科成员，该亚科中的绝大多数种类是全世界分布的家养和野生反刍动物的胃肠线虫[1]。由于这些寄生虫种类是土源性感染，故感染普遍且分布广泛，亦在畜牧业生产中造成了经济上的重要损失。半个世纪以来人们通常使用化学驱虫药对这些胃肠线虫进行控制并取得了显著的经济效益，但驱虫药的长期、频繁使用，导致了家养反刍动物胃肠线虫抗药性的发生和发展。为弄清抗药性线虫的种类和流行病学，世界许多地区进行了抗药性线虫种类调查[2-3]，这其中非常重要的工作涉及到线虫种类的正确鉴定。同样，在家养和野生动物寄生虫种类调查或寄生虫病的诊断和防治中，种的鉴定亦是重要的环节。然而，由于毛圆科线虫，特别是奥斯特亚科种的多态性出现，致使人们仅依据形态学特征鉴别虫种日益困难。换言之，一些种的个别特性是否反映真正种的差别，还仅是同一个种内的变异[4]?这就要求我们不断了解和探索这种变异现象。

奥斯特亚科在毛圆科线虫中分类地位是确定的。然而，这个亚科内有相当的一些种发生了大的变异，这种变异表现为：其一，形态不同，但缺乏遗传差异(种的多态性)；其二，形态非常相似，但遗传学上有很大差异(隐藏种和种的复合体)。另外，出现一些种间杂交的现象。这些现象的出现和存在对以往传统的分类学提出了严峻的挑战，也是非常有趣的课题之一。对于这方面的知识在我国知之甚少。因此很有必要回顾过去几十年来国外的研究成果，本文就有关奥斯特亚科种的多样性提供必要的信息，以期使我们将来在工作实践和科学研究中得到启发。

1 奥斯特亚科线虫中“种对”联合发生、形态学和杂交研究概述

在早期的研究中，为了证明奥斯特亚科中环纹背板线虫(Teladorsagiacircumcincta)(以前曾称环状奥斯特或普通奥斯特线虫O.circumcincta)、三叉背板线虫(T.trifurcate)(以前曾称三叉奥斯特线虫O.trifurcate)和达氏背板线虫(T.davtiani)之间是否有遗传隔离。人们进行了杂交研究，结果表明这3个种的雄虫通常产生于F1代，同时发现环纹背板线虫的雄虫在F1代会快速地产生并在数量上压倒其他2种，而且成功并产生了不同形态的雄虫[6-7]，这证明它们之间未发现有遗传隔离现象。与此同时，人们也发现奥氏奥斯特线虫(O.ostertagi)和琴形奥斯特线虫(O.lyrata)、细刺奥斯特线虫(O.leptospicularis)和格鲁吉亚奥斯特线虫(O.kolchida)之间遗传学的关系，杂交试验证实在这些虫种之间会产生像亲本双方中任何一个的大量子代[6]。Suarez V H等[7]报道了从奥氏奥斯特线虫和细刺奥斯特线虫的异种杂交中获得不育的杂合体，即形态上测量的中间体(测量雌雄虫头端到颈乳突距离、食道长度、雄虫交合体长、雌虫排卵器长度、阴门到尾端的距离、尾部和肛门区的宽度)。

早期关于奥斯特亚科线虫许多“种对”的研究，为后来的多态性假说奠定了基础，这个假说提出联合发生的“种对”只是同一个种的不同形态类型。对于每一个多态性的种，只有形态不同的雄虫根据交合刺、引带和生殖锥的形态结构可以识别，雌虫一般无法识别[8]。最初发现三叉背板线虫和达氏背板线虫交合刺都粗短，可通过生殖锥区别，而环纹背板线虫交合刺细长；后来发现，三叉背板线虫和达氏背板线虫事实上是环纹背板线虫的形态变异型，因为这3种形态类型的雄虫总是同时发生，其中环纹背板线虫在群体中比例总是占优势[9]，因而环纹背板线虫称为主要形体类型，其余两种均为次要形态类型，在含有上述雄虫类型的群体中，它们的雌虫形态没有差异[7]。除背板属外，在奥斯特亚科其他属中，每一对联合发生的种(即次级和主级形态的变体)在一些特征如食管结构、体表纵嵴(synlophe)和交合伞肋的模式方面相似，然而它们在“属”一级的特征上又不同，特别是交合刺、引带和生殖锥的结构上不同[5,8]。由于这样的标本在某些形态特征上的不同，把它们划分在不同的属里，然而，事实上它们是一个种的多态性表现形式，它们的雌虫在阴门和阴门瓣的结构几乎是相同的[8]。

综上所述，国外众多学者进行的形态学研究和种间相互关系的分析，证实了早期关于“种”多态性的建议。根据文献，奥斯特亚科内的15个属中5个属，即背板属、奥斯特属、奥洛夫属、 刺翼属和马歇尔属应该认为是多形态性的属[8,12]。

2 分子生物学分析证实了奥斯特亚科线虫中种的多态性

随着现代分子生物学的快速发展，各种分子学工具补充了寄生虫学的诊断技术。分子技术，特别是核糖体DNA(rDNA)内部转录间隔区1和2(ITS1和ITS2)的序列测定对已描述种的验证、新种和被错定种的识别均是可能和有用的。Stenvenson L A等[9]首次使用分子学技术研究了环纹背板线虫、三叉背板线虫、达氏背板线虫、奥氏奥斯特线虫、细刺奥斯特线虫的ITS2 rDNA序列，证明原来文献记载的背板属3个种在该序列上无明显差异，证明是同一个种，而背板属和奥斯特属之间有13%～15%序列差异。

Grillo V等[13]使用了一种多位点群体遗传学分析技术，分析了31条环纹背板线虫、30条三叉背板线虫、31条达氏背板线虫5个微卫星的基因型，证明这3种线虫之间没有检测出遗传学差异。此外，还有许多分子学分析并结合杂交试验、先进的形态学观察，均证明了环纹背板线虫、三叉背板线虫和达氏背板线虫是同一个种[12-15]。

Dallas J F等[16]对格氏奥斯特线虫(O.gruehneri)和来自两种驯鹿的O.arctica进行了分子学分析，证实了奥斯特属中存在着地理分布上相距遥远种的多态性，而且这些种的分布也扩大了宿主种类范围。他们所检测线虫的ITS1和ITS2 rDNA序列在分支的相对水平上显示出几乎相同的序列；这一结果强烈支持了O.gruehneri和O.arctica是同种二态型的雄虫。后来，Dallas J F等[17]使用相同的分子标记，证明马氏马歇尔线虫(M.marshalli)和西方马歇尔线虫(M.occidentalis)也是同种二态型的雄虫。一些学者为了验证刺翼属多态性种的假说[18-19]，使用ITS1 和 ITS rDNA和线粒体DNA (mitochondrial DNA,mtDNA)中NADH(烟酰胺腺嘌呤=核苷酸)脱氢酶亚基4基因(ND4)作为标记，证明S.mathevossiani是S.spiculoptera的次级形态变体，S.quadrispiculata是S.asymmetrica的次级形态变体。近来通过ITS2 rDNA和mtDNA中细胞色素c氧化酶亚基Ⅰ基因(cyclooxygenase Ⅰ,COXⅠ)的分析，证实了S.houdemeri和S.andreevae是具多态性的同一个种[20]。

表1 奥斯特亚科5个多态性属种线虫中的形态类型和典型宿主

注：表中数据来自于Hoberg等2012和Wyrobisz等2016。

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

3 结语

奥斯特亚科内种的多态性提示，仅根据形态特征鉴定种是困难的，由于多态性种的出现，过去文献中记载了许多关于这些变体不正确的鉴定。现在人们还没有充分认识到奥斯特亚科内可能有广泛的种复合体、隐藏种及种间杂交的存在，这可能是虫种鉴定的主要错误来源[15,20]。研究表明，奥斯特亚科中DNA序列的多样性与其他科的大多数线虫相比在种一级的水平上表现非常高，这种变异性可能是这些寄生虫具有非常大的群体数量所造成，如毛圆科线虫中捻转血矛线虫在全球广泛分布，有非常大的群体数量，Pyziel A M等[22]通过来自于欧洲野牛的捻转血矛线虫进行常规PCR分子检测和实时定量PCR(real-time PCR)检测，很好地保护了欧洲野牛种群。分子学研究揭示了在奥斯特亚科线虫群体中有明显的种间多样性。例如，环纹背板线虫是主要寄生于绵羊和山羊，偶尔也在其他反刍动物中寄生，曾经公认为在这些动物中发生的是一个种，但现在认为它代表了所谓的背板线虫种的复合体[23]。以前根据形态学标准鉴定认为在山羊和绵羊上是一个种的环纹背板线虫，现在认为隐藏着另一个独立的种，其中一个是绵羊和山羊均可感染、最为常见的环纹背板线虫，另一种只感染山羊且不常见(只在法国少数山羊场得到鉴定)[23-24]。虽然在奥斯特亚科中雄虫的多态性已经得到记述，但这些变体在奥斯特亚科的生物学上所起的作用目前还不清楚，其共存的变体在形态上的显著差异也可能取决于环境、季节和宿主的种类。

毛圆科线虫是一大类群的线虫，宿主范围很广，其种的多样性是不言而喻的，种的多态性、复合体和隐藏种在其他亚科中很可能随着技术的进步会不断发现。家养动物的线虫种类已进行了深入的调查，但由于种的多态性等现象的存在使得它们的分类复杂化。一些动物的毛圆科线虫种类目前尚缺乏全面的了解，近来鸵鸟和鹿的寄生虫调查表明，这些宿主的胃肠线虫无论是种间还是种内具有丰富的多样性[25-28]。我国是一个地域辽阔、气候复杂的国家，其中隐藏的生物多样性是不言而喻的。但是，对于寄生线虫的历史及生物地理学研究相当贫乏，奥斯特亚科线虫种的多样性还从未研究。因此，在我国进行深入的调查很有必要，应借助分子生物学方法并结合先进的形态学研究技术进行种的鉴定和种群的遗传学分析，这对进一步理解寄生虫的物种形成、寄生虫与宿主进化关系及对家畜寄生虫病的诊断和防控具有实际的指导意义。