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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 舟山眼鏡蛇的遺傳多樣性和種群遺傳結(jié)構(gòu)研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 用線粒體控制區(qū)序列研究27個(gè)地點(diǎn)的舟山眼鏡蛇（Naja atra）的遺傳多樣性和種群遺傳結(jié)構(gòu)。?？傮w上舟山眼鏡蛇具有一定的地理格局，種群間遺傳距離隨遷移距離的增大而增大。
- 詳細(xì)介紹：
- 眼鏡蛇屬（Naja）蛇類因其獨(dú)特的攻擊行為、劇毒特性和重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值而成為全球范圍內(nèi)的明星爬行動(dòng)物。該屬世界范圍內(nèi)共有28種，下分4個(gè)亞屬：Uraeus，Boulengerina，Afronaja和Naja （Wallach et al., 2009; 圖1.1)。在所有11種亞洲產(chǎn)眼鏡蛇中，中國僅見孟加拉眼鏡眼鏡蛇（N. kaouthia）和舟山眼鏡蛇（N. atra）兩種。舟山群島中部島嶼是其分布的最北界，也是其模式標(biāo)本產(chǎn)地。 關(guān)于Naja屬眼鏡蛇的系統(tǒng)學(xué)和分類學(xué)，著名學(xué)者Wolfgang Wüster與他的同事于1987-2009年20多年間，先后發(fā)表了20余篇論文，報(bào)導(dǎo)了多種非洲和亞洲產(chǎn)新種，厘清了多種眼鏡蛇系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系（e.g. Wüster & Thorpe, 1987, 1992; Wüster, 1996, 1998, 2002; Wüster & Broadley, 2003, 2007; Wüster et al., 2007; Wallach et al., 2009; Trape et al., 2009）。童宗中等（2002）利用線粒體基因（12S rRNA）片段序列研究中國20種蛇的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，其中包括Naja屬眼鏡蛇；Kelly等（2003）利用四個(gè)線粒體基因（Cyt b、ND4、12S rRNA和16S rRNA）作為分子標(biāo)記，探討了包括眼鏡蛇在內(nèi)的60余種游蛇亞目（Colubroidea）蛇類的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系； Lawson等（2005）利用1個(gè)線粒體基因（Cyt b）和1個(gè)核基因（c-mos）作為分子標(biāo)記，探討了100種游蛇亞目蛇類的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系。嚴(yán)潔等測(cè)定了舟山眼鏡蛇、尖吻蝮（Deinagkistrodon acutus），鉤盲蛇（Ramphotyphlops braminus），鉛色水蛇（Enhydris plumbea）的線粒體全序列，并探討其系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系（Yan et al., 2008）。 初步研究結(jié)果顯示，舟山眼鏡蛇遺傳多樣性具有一定的地理格局（HC Lin et al., 2008; LH Lin et al., 2008）。林隆慧等利用線粒體基因（Cyt b和ND2）為標(biāo)記，研究中國大陸產(chǎn)舟山眼鏡蛇5個(gè)種群（舟山、黃山、麗水、全州和百色）的種群遺傳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)東部三種群（舟山、黃山和麗水）聚為一支，南部?jī)煞N群（百色和全州）聚為另一支，其中南部一支又可分為百色和全州兩個(gè)亞支；除舟山種群具有兩個(gè)單元型外，其他四種群內(nèi)均為單一單元型，黃山、麗水種群所有個(gè)體單元型相同，東部三種群存在一個(gè)共享單元型（LH Lin et al., 2008）。林華慶對(duì)來自臺(tái)灣北部、中部、南部和西部四個(gè)種群127個(gè)體的線粒體DNA控制區(qū)序列研究結(jié)果顯示，臺(tái)灣產(chǎn)舟山眼鏡蛇總體核苷酸多樣性較低，但種群間基因交流不明顯，并建議分布可作為四個(gè)獨(dú)立的ESU，即進(jìn)化顯著單元（HC Lin et al., 2008）。 由此可見，之前的研究由于各學(xué)者關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不同，或者由于采樣的局限性，對(duì)舟山眼鏡蛇的遺傳多樣性、種群遺傳結(jié)構(gòu)尚待進(jìn)一步深入研究。 此外，對(duì)于一種有劇毒的大型毒蛇，研究其遺傳多樣性還有更現(xiàn)實(shí)的意義。蛇毒成分組成和活性具有種間和種內(nèi)變異（Chippaux, 1991; Fry et al., 2003）。這種變異導(dǎo)致針對(duì)某一種蛇毒的抗血清并不能有效地、完全地中和來源于另一種近緣物種或相同物種不同地理種群的蛇毒。因此了解相關(guān)毒蛇的系統(tǒng)分類學(xué)和種群遺傳學(xué)成為制定蛇傷治療策略的前提。相關(guān)分類學(xué)知識(shí)的缺乏勢(shì)必導(dǎo)致不能有效準(zhǔn)確地治療蛇傷。 舟山眼鏡蛇蛇體可浸酒藥用，膽亦可入藥，肉可食，其皮膚和毒液中的微量元素極豐富，加之國人“愈毒愈補(bǔ)”的傳統(tǒng)飲食理念，使得該種的野外種群在過去幾十年中因過獵而迅速衰退，舟山眼鏡蛇已被中國瀕危動(dòng)物紅皮書列為易危動(dòng)物（趙爾宓, 1998）。改革開放以來，隨著通訊和交通的迅速發(fā)展，非法貿(mào)易呈逐年遞增的態(tài)勢(shì)，這種貿(mào)易不僅加劇了野外種群的衰退，還因?yàn)樘右莺筒闆]動(dòng)物的無序釋放導(dǎo)致了部分地區(qū)舟山眼鏡蛇譜系關(guān)系的混亂，因此，開展舟山眼鏡蛇種質(zhì)資源保護(hù)研究的緊迫性不僅在于這項(xiàng)工作事關(guān)相關(guān)物種遺傳多樣性的安全，還在于研究所產(chǎn)出的結(jié)果對(duì)我國重要瀕危動(dòng)物的保護(hù)事業(yè)具有重要的貢獻(xiàn)。系統(tǒng)地開展我國舟山眼鏡蛇種質(zhì)資源的調(diào)查和監(jiān)測(cè)，掌握種質(zhì)資源的總體狀況，是制定種質(zhì)保護(hù)策略的基礎(chǔ)。從分子水平上，采用分子遺傳標(biāo)記技術(shù)如線粒體基因和核基因標(biāo)記對(duì)舟山眼鏡蛇的遺傳多樣性水平、種群遺傳結(jié)構(gòu)、種群變化動(dòng)態(tài)等進(jìn)行全面檢測(cè)，可為制定有效的種質(zhì)資源保護(hù)策略提供依據(jù)。 本研究所用的舟山眼鏡蛇（N = 390）取自越南、中國大陸、舟山群島、海南島和臺(tái)灣島等27個(gè)地區(qū)，其中臺(tái)灣個(gè)體序列從GenBank下載（HC Lin et al., 2008），樣點(diǎn)基本覆蓋該種分布全境。捕捉現(xiàn)場(chǎng)剪取尾部肌肉置于95%的酒精中保存，動(dòng)物隨后原地釋放。所有樣本保存于杭州市動(dòng)物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。 舟山眼鏡蛇線粒體控制區(qū)全長(zhǎng)1029 bp，其中四種堿基的含量為：A = 26.8%、G = 12.0%、T = 33.1%、C = 28.1%，AT% > GC%，表現(xiàn)出明顯的反G偏倚。對(duì)390條舟山眼鏡蛇線粒體控制區(qū)進(jìn)行比對(duì)，共檢測(cè)到52個(gè)單元型。GenBank中相應(yīng)的編號(hào)為DQ224315-DQ224337，GU563498- GU563526，HQ881480-HQ881483（表3.1）。其中DQ224315、DQ224317 和DQ224325為GenBank下載的臺(tái)灣種群序列經(jīng)切除3’末端的非控制區(qū)片段后，歸屬同一單元型H1；DQ224319和DQ224324歸屬同一單元型H4。對(duì)序列進(jìn)行比對(duì)分析后發(fā)現(xiàn)，在1029個(gè)位點(diǎn)中存在40個(gè)位點(diǎn)的變異（3.89%），其中堿基轉(zhuǎn)換位點(diǎn)32個(gè)，顛換突變位點(diǎn)9個(gè)，其中包括一個(gè)既有轉(zhuǎn)換又有顛換的位點(diǎn)。 對(duì)27個(gè)種群進(jìn)行分析得出，單元型多樣性（h）的范圍為0-0.920，其中臺(tái)灣南部（TS）的單元型多樣性最高；核苷酸多樣性（π）的范圍為0-0.572%，其中河口（HK）的核苷酸多樣性最高；而黃山、麗水、建陽、贛州、米易、芷江、松桃（HS、LI、JY、GZ、MY、ZJ、ST）均只有一個(gè)單元型，單元型多樣性和核苷酸多樣性均為0。 根據(jù)線粒體控制區(qū)的數(shù)據(jù)顯示，舟山眼鏡蛇具有一定的地理格局，遺傳距離隨著遷移距離的增大而增大。然而目前逃逸和查沒動(dòng)物的無序釋放以及個(gè)體養(yǎng)蛇場(chǎng)異種群的混養(yǎng)，導(dǎo)致舟山眼鏡蛇譜系關(guān)系的混亂，從而引發(fā)遠(yuǎn)交不育、遺傳多樣性喪失等嚴(yán)重后果。因此我們建議：（1）在未確定舟山眼鏡蛇等野生保護(hù)動(dòng)物的來源時(shí)，不要隨意放生野外，特別是山脈和水體兩側(cè)種群之間的罰沒個(gè)體不要隨意混淆；（2）雖然遷地保護(hù)利于基因交流和達(dá)到維持種群的最小生存數(shù)量，但采取此類行動(dòng)之前必須慎重考慮種群間的遺傳相似性，相鄰種群間遷移能最大程度的保護(hù)相關(guān)物種的遺傳多樣性安全，大尺度遷移會(huì)因種群間遺傳距離過大導(dǎo)致譜系混亂和遠(yuǎn)交不育的危險(xiǎn)；（3）比較而言，保護(hù)和恢復(fù)舟山眼鏡蛇現(xiàn)有棲息地，實(shí)行就地保護(hù)的策略更為穩(wěn)妥可行。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 近30年來隨著通訊和交通的迅速發(fā)展，舟山眼鏡蛇非法貿(mào)易呈逐年遞增的態(tài)勢(shì)，這種貿(mào)易不僅加劇了野外種群的衰退，還因?yàn)樘右莺筒闆]動(dòng)物的無序釋放導(dǎo)致了部分地區(qū)舟山眼鏡蛇譜系關(guān)系的混亂，因此，開展舟山眼鏡蛇種質(zhì)資源保護(hù)研究的緊迫性不僅在于這項(xiàng)工作事關(guān)相關(guān)物種遺傳多樣性的安全，還在于研究所產(chǎn)出的結(jié)果對(duì)我國重要瀕危動(dòng)物的保護(hù)事業(yè)具有重要的貢獻(xiàn)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1. 用系統(tǒng)地理學(xué)方法，系統(tǒng)性地研究一種野生明星動(dòng)物的自然演化規(guī)律，從遺傳和進(jìn)化的角度闡述對(duì)我國現(xiàn)今生物多樣性和遺傳多樣性分布格局形成的歷史時(shí)空過程。 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、技術(shù)方法和研究手段都與國際同類研究同步，探討的科學(xué)問題與國際上最受關(guān)注的前沿課題有關(guān)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 系統(tǒng)地開展我國舟山眼鏡蛇種質(zhì)資源的調(diào)查和監(jiān)測(cè)，掌握種質(zhì)資源的總體狀況，是制定種質(zhì)保護(hù)策略的基礎(chǔ)。本研究采用線粒體DNA控制區(qū)為標(biāo)記，對(duì)舟山眼鏡蛇的遺傳多樣性水平、種群變化動(dòng)態(tài)、遺傳譜系特征和地理分布格局等進(jìn)行檢測(cè)，為制定有效的種質(zhì)資源保護(hù)策略提供依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 用線粒體控制區(qū)序列研究27個(gè)地點(diǎn)的舟山眼鏡蛇（Naja atra）的遺傳多樣性和種群遺傳結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，羅霄山脈、南嶺山脈、武夷山脈、臺(tái)灣海峽影響該物種的基因交流，而臺(tái)灣山脈對(duì)舟山眼鏡蛇基因交流的屏障作用不顯著。根據(jù)線粒體控制區(qū)的數(shù)據(jù)顯示，舟山眼鏡蛇具有一定的地理格局，遺傳距離隨著遷移距離的增大而增大。然而目前逃逸和查沒動(dòng)物的無序釋放以及個(gè)體養(yǎng)蛇場(chǎng)異種群的混養(yǎng)，導(dǎo)致舟山眼鏡蛇譜系關(guān)系的混亂，從而引發(fā)遠(yuǎn)交不育、遺傳多樣性喪失等嚴(yán)重后果。因此我們建議：（1）在未確定舟山眼鏡蛇等野生保護(hù)動(dòng)物的來源時(shí)，不要隨意放生野外，特別是山脈和水體兩側(cè)種群之間的罰沒個(gè)體不要隨意混淆；（2）雖然遷地保護(hù)利于基因交流和達(dá)到維持種群的最小生存數(shù)量，但采取此類行動(dòng)之前必須慎重考慮種群間的遺傳相似性，相鄰種群間遷移能最大程度的保護(hù)相關(guān)物種的遺傳多樣性安全，大尺度遷移會(huì)因種群間遺傳距離過大導(dǎo)致譜系混亂和遠(yuǎn)交不育的危險(xiǎn)；（3）比較而言，保護(hù)和恢復(fù)舟山眼鏡蛇現(xiàn)有棲息地，實(shí)行就地保護(hù)的策略更為穩(wěn)妥可行。
獲獎(jiǎng)情況
- 擬在Molecular Ecology, Molecular Phylogenetics and Evolution, 或者Conservation Biology等雜志上發(fā)表。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- 1. Peng MS, He JD, Liu HX, Zhang YP. Tracing the legacy of the early Hainan Islanders--a perspective from mitochondrial DNA. BMC Evolutionary Biology, 2011, 11: 46. 2. Cramer CA, Bonatto SL, Reis RE. Molecular phylogeny of the Neoplecostominae and Hypoptopomatinae (Siluriformes: Loricariidae) using multiple genes. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2011, 59: 43-52. 3. 趙爾宓. 中國瀕危動(dòng)物紅皮書(兩棲類和爬行類) [M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1998. pp 274-276.
同類課題研究水平概述
- 關(guān)于Naja屬眼鏡蛇的分類學(xué)和系統(tǒng)地理學(xué)，著名學(xué)者Wolfgang Wüster與他的同事于1987 - 2009年20多年間，先后發(fā)表了20余篇論文，報(bào)導(dǎo)了多種非洲和亞洲產(chǎn)新種，厘清了多種眼鏡蛇系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系（e.g. Wüster & Thorpe, 1987, 1992; Wüster, 1996, 1998, 2002; Wüster & Broadley, 2003, 2007; Wüster et al., 2007; Wallach et al., 2009; Trape et al., 2009）。。童宗中等（2002）利用線粒體基因（12S rRNA）片段序列研究中國20種蛇的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，其中包括Naja屬眼鏡蛇；Kelly等（2003）利用四個(gè)線粒體基因（Cyt b、ND4、12S rRNA和16S rRNA）作為分子標(biāo)記，探討了包括眼鏡蛇在內(nèi)的60余種游蛇亞目（Colubroidea）蛇類的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系；Lawson等（2005）利用1個(gè)線粒體基因（Cyt b）和1個(gè)核基因（c-mos）作為分子標(biāo)記，探討了100種游蛇亞目蛇類的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系。嚴(yán)潔等測(cè)定了舟山眼鏡蛇、尖吻蝮（Deinagkistrodon acutus），鉤盲蛇（Ramphotyphlops braminus），鉛色水蛇（Enhydris plumbea）的線粒體全序列，并探討其系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系（Yan et al., 2008）。 初步研究結(jié)果顯示，舟山眼鏡蛇遺傳多樣性具有一定的地理格局（HC Lin et al., 2008; LH Lin et al., 2008）。林隆慧等利用線粒體基因（Cyt b和ND2）為標(biāo)記，研究中國大陸產(chǎn)舟山眼鏡蛇5個(gè)種群（舟山、黃山、麗水、全州和百色）的種群遺傳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)東部三種群（舟山、黃山和麗水）聚為一支，南部?jī)煞N群（百色和全州）聚為另一支，其中南部一支又可分為百色和全州兩個(gè)亞支（LH Lin et al., 2008）。林華慶對(duì)來自臺(tái)灣北部、中部、南部和西部四個(gè)種群127個(gè)體的線粒體DNA控制區(qū)序列研究結(jié)果顯示，臺(tái)灣產(chǎn)舟山眼鏡蛇總體核苷酸多樣性較低，但種群間基因交流不明顯，并建議分布可作為四個(gè)獨(dú)立的ESU，即進(jìn)化顯著單元（HC Lin et al., 2008）。
