热带海洋学报 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (6): 13-26.doi: 10.11978/2023189CSTR: 32234.14.2023189
黄雯1,2(), 冯逸1,2, 李明1,2, 武茜1,2, 罗燕秋1,2, 陈胤民1,2, 王丽荣3, 余克服1,2,4(
)
收稿日期:
2023-12-07
修回日期:
2024-01-27
出版日期:
2024-11-10
发布日期:
2024-12-05
通讯作者:
余克服
作者简介:
黄雯(1988—), 男, 湖南省郴州市人, 副教授, 硕士生导师, 主要从事珊瑚礁生态修复和珊瑚群体遗传学研究工作。email: wenhuang@gxu.edu.cn
基金资助:
HUANG Wen1,2(), FENG Yi1,2, LI Ming1,2, WU Qian1,2, LUO Yanqiu1,2, CHEN Yinmin1,2, WANG Lirong3, YU Kefu1,2,4(
)
Received:
2023-12-07
Revised:
2024-01-27
Online:
2024-11-10
Published:
2024-12-05
Contact:
YU Kefu
Supported by:
摘要:
受到气候变暖和人类活动的影响, 全球不少珊瑚礁正面临着急剧退化的风险, 开展珊瑚礁保护与修复的工作已成为当务之急。进行造礁石珊瑚群体遗传学的研究对于深入理解珊瑚物种的遗传结构、遗传多样性和连通性具有重要意义, 同时可以揭示珊瑚应对环境压力时的适应性潜力和恢复能力, 从而为保护和管理珊瑚礁提供科学指导。本文综述了近年来在全球典型海域开展的珊瑚群体遗传学研究的现状与进展, 并针对可能影响珊瑚群体遗传结构的因素进行了讨论。总体而言, 目前造礁石珊瑚群体遗传学的研究多集中在澳大利亚大堡礁、加勒比海等区域, 微卫星标记仍是当前使用最为广泛的DNA分子标记。繁殖方式、距离隔离、环境隔离以及人类活动等是影响珊瑚群体遗传多样性水平和遗传结构的重要因素。基于国内外研究进展, 本文最后对目前我国南海造礁石珊瑚群体遗传学研究中存在的问题和发展趋势进行了分析和展望, 以期为我国珊瑚礁保护与修复工作提供参考。
中图分类号:
黄雯, 冯逸, 李明, 武茜, 罗燕秋, 陈胤民, 王丽荣, 余克服. 造礁石珊瑚群体遗传学研究进展[J]. 热带海洋学报, 2024, 43(6): 13-26.
HUANG Wen, FENG Yi, LI Ming, WU Qian, LUO Yanqiu, CHEN Yinmin, WANG Lirong, YU Kefu. A review on the population genetics of scleractinian corals[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2024, 43(6): 13-26.
表1
分子标记技术的特点及其在珊瑚中的应用情况"
标记类型 | DNA质量要求 | 基因组分布 | 多态性 | 技术 难度 | 可靠性 | 所用 时间 | 实验 成本 | 应用于珊瑚的情况 | 是否受虫黄藻 的影响 | 参考文献 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RFLP | 高 | 低拷贝编码序列 | 中等 | 高 | 较低 | 多 | 高 | 少 | 是 | Shearer et al, 董志军 等, |
RAPD | 低 | 整个基因组 | 较高 | 低 | 低 | 少 | 较低 | 少 | 是 | Féral, 2002 |
AFLP | 高 | 整个基因组 | 较高 | 中等 | 较高 | 较多 | 较高 | 较少 | 是 | Amar et al, |
SSR | 低 | 整个基因组 | 高 | 低 | 高 | 少 | 中等 | 多 | 否 | Alvarado-Cerón et al, 2023 |
β-Tubulin | 中 | 微管蛋白基因序列 | 高 | 低 | 中 | 少 | 中等 | 较少 | 否 | Goodbody-Gringley et al, |
mtDNA | 中 | 线粒体基因组 | 高 | 低 | 中 | 少 | 中等 | 较少 | 否 | 田鹏 等, |
ITS | 中 | 单位点 | 高 | 低 | 较高 | 少 | 中等 | 较多 | 否 | Zvuloni et al, Tisthammer et al, |
EST | 高 | 功能基因区 | 高 | 高 | 高 | 多 | 高 | 少 | 否 | Wang et al, Iguchi et al, |
SNP | 高 | 整个基因组 | 高 | 高 | 高 | 少 | 高 | 较多 | 否 | 边力 等, Alvarado-Cerón et al, |
表2
部分典型海域造礁石珊瑚群体遗传学研究结果简表"
地区 | 物种 | 形态 | 繁殖方式 | 研究地点 | 分子标记 | 主要结论 | 遗传结构影响因素 | 参考文献 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
澳大利亚 | 箭排孔珊瑚 Seriatopora hystrix | 分枝状 | 排幼 | 澳大利亚东部 | mtDNA、 SSR | 热带与亚热带群体间存在较大遗传分化 | 环境隔离 | Noreen et al, | |
鹿角杯形珊瑚 Pocillopora damicornis | 分枝状 | 排卵/排幼 | 大堡礁、澳大利亚西部 | SSR、 SNP | 高纬度的亚热带群体适应性进化能力有限 | 海流、 海表温度 | Torda et al, | ||
多孔鹿角珊瑚 Acropora millepora | 分枝状 | 排卵 | 大堡礁中部 | SNP | 群体间未发现明显的遗传结构。热休克共伴侣蛋白sacsin具有长期受到平衡选择的特征 | 幼虫扩散 能力 | Fuller et al, | ||
肾形陀螺珊瑚 Turbinaria reniformis | 叶片状 | 排卵 | 澳大利亚西部 | SNP | 热带与温带群体间存在较大遗传分化 | 海表温度 | Evans et al, | ||
茅枝鹿角珊瑚 Acropora aspera | 分枝状 | 排幼 | 澳大利亚西北部 | SNP | Kimberley群岛近岸的珊瑚群体与离岸群体在遗传结构上有较大差异 | 环境隔离 | Underwood et al, | ||
珊瑚三角区 | 箭排孔珊瑚 Seriatopora hystrix 多孔鹿角珊瑚 Acropora millepora | 分枝状 | 排幼 排卵 | 印尼 | SSR | 排幼型珊瑚的遗传分化水平较高, 而排卵型珊瑚的遗传分化水平较低 | 幼虫扩散 能力 | Van Der Ven et al, | |
伞房叶状珊瑚 Lobophyllia corymbosa | 团块状 | 排幼 | 印尼 | mtDNA | 苏拉威西南部和东部两个群体之间存在较高的连通性 | 海流 | Umar et al, | ||
柔枝鹿角珊瑚 Acropora tenuis | 分枝状 | 排卵 | 印尼、澳大利亚西部 | SSR | 印度尼西亚种群和澳大利亚群体间存在高度遗传分化 | 种群历史 分化 | Rosser et al, | ||
中华扁脑珊瑚 Platygyra sinensis | 团块状 | 排幼 | 新加坡、印尼 | SSR | 新加坡海峡对基因流的阻碍作用不明显 | 幼虫扩散 能力 | Tay et al, | ||
风信子鹿角珊瑚 Acropora hyacinthus 指形鹿角珊瑚Acropora digitifera | 分枝状 | 排卵 | 密克罗尼西亚群岛 | SSR | 各岛屿鹿角珊瑚群体之间的遗传距离与地理距离相关 | 距离隔离、有效种群 规模 | Davies et al, | ||
日本群岛 | 指形鹿角珊瑚 Acropora digitifera | 分枝状 | 排卵 | 日本西南部 | SSR、SNP | 当地边缘群体具有较高的遗传多样性, 对极端环境的耐受能力较强 | 幼虫扩散能力、种群历史扩张、海流 | Nakajima et al, | |
从生盔形珊瑚 Galaxea fascicularis | 团块状 | 排卵 | Nansei群岛 | mtDNA、 SSR | 在两种刺细胞形态中均发现显著遗传分化 | 幼虫扩散 能力 | Nakajima et al, | ||
风信子鹿角珊瑚 Acropora hyacinthus | 分枝状 | 排幼 | 日本群岛 | SNP | 温带谱系具有扩张至边缘地带的历史, 但遗传多样性相对亚热带谱系较低 | 海表温度、种群历史 扩张 | Fifer et al, | ||
红海 | 柱状珊瑚 Stylophora pistillata | 分枝状 | 排幼 | 红海北部 | ITS、 SNP | 遗传多样性从南到北呈下降趋势, 遗传分化显著 | 人类活动 | Zvuloni et al, | |
箭排孔珊瑚 Seriatopora hystrix | 分枝状 | 排幼 | 红海 | SSR | 群体间存在中等程度的遗传分化, 遗传距离与地理距离存在相关性 | 距离隔离 | Maier et al, | ||
疣状杯形珊瑚 Pocillopora verrucosa | 分枝状 | 排卵 | 红海 | SSR、S NP | 群体间没有发现遗传结构差异, 盐度和温度的差异没有对群体分化产生明显影响 | 幼虫扩散 能力 | Robitzch et al, | ||
加勒比海 | 多孔鹿角珊瑚 Acropora millepora | 分枝状 | 排卵 | 加勒比海 | SSR | 除波多黎各群体外, 总体的遗传多样性水平较低 | 距离隔离 | Mège et al, | |
Orbicella faveolata | 团块状 | 排卵 | 加勒比海 | mtDNA、 SSR | 加勒比海西南部、西部和东部的各群体间存在显著的遗传分化。应优先保护在遗传上特殊的群体 | 环境隔离、种群历史 扩张 | Rippe et al, | ||
Acropora cervicornis | 分枝状 | 排卵 | 佛罗里达 | SNP | 群体遗传多样性分布模式具有很强的空间差异 | 距离隔离、人类活动 | Drury et al, | ||
非洲东部 | 疣状杯形珊瑚 Pocillopora verrucosa | 分枝状 | 排卵 | 南非东部、莫桑比克 | SSR | 遗传多样性随纬度增加而降低, 两地群体间连通性较弱 | N/A | Ridgway et al, | |
柔枝鹿角珊瑚 Acropora tenuis | 分枝状 | 排卵 | 东非 | SSR | 肯尼亚和坦桑尼亚群体间存在较强的遗传连通性 | 幼虫扩散 能力、海流 | Van Der Ven et al, | ||
箭排孔珊瑚 Seriatopora hystrix | 分枝状 | 排幼 | 红海、西印度洋、东非 | ITS、 SSR | 红海、西印度洋以及东非沿岸群体间存在高度遗传分化 | 幼虫扩散能力、环境 隔离 | Van Der Ven et al, | ||
鹿角杯形珊瑚 Pocillopora damicornis | 分枝状 | 排卵/排幼 | 西印度洋、西南太平洋 | SSR | 西印度洋和热带西南太平洋的群体间存在高度遗传分化 | 距离隔离 | Gélin et al, | ||
太平洋 | 团块滨珊瑚 Porites lobata | 团块状 | 排卵 | 太平洋中部和东部 | ITS、 SSR | 群体间存在显著的遗传分化, 基因流受到阻碍作用 | 环境隔离、距离隔离 | Baums et al, | |
大西洋 | Montastraea cavernosa | 团块状 | 排卵 | 大西洋 | β-Tubulin、ITS、IGR | 大西洋的珊瑚群体可以划分为三个集群, 基因流在较大地理范围内受到限制 | 距离隔离、环境隔离 | Nunes et al, |
表3
四种南海造礁石珊瑚优势种的主要遗传特征"
遗传特征 | 种类 | |||
---|---|---|---|---|
澄黄滨珊瑚 | 盾形陀螺珊瑚 | 疣状杯形珊瑚 | 丛生盔形珊瑚 | |
形态 | 块状 | 片状 | 枝状 | 块状 |
抗逆性 | 强 | 强 | 差 | 强 |
种群下降速度 | 慢 | 慢 | 快 | 快 |
繁殖方式 | 排卵 | 排卵 | 排幼 | 排卵 |
是否覆盖边缘群体 | 是 | 是 | 是 | 是 |
遗传多样性与遗传潜力 | 高 | 低 | 中 | 中 |
群体间分化程度 | 低 | 中 | 高 | 中 |
影响遗传结构的因素 | 海表温度、距离隔离、 种群历史扩张 | 海表温度、距离隔离、 人类活动 | 海表温度、敌害生物爆发、幼虫扩散能力差 | 海表温度、距离隔离、人类活动 |
保护优先级别 | 低 | 高 | 高 | 中 |
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