丛生盔形珊瑚群体遗传结构及其内共生藻系群对环境变化的响应

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在全球气候变化和局部生境破坏的扰动下,目前世界范围内的珊瑚礁已经并将继续面临珊瑚覆盖面积的大幅下降和群落组成的变化。石珊瑚与光合作用的鞭毛类共生藻的共生关系可以看作是珊瑚礁生态系统的结构和营养基础,这种共生关系受环境压力等因素的影响而瓦解从而导致珊瑚白化,进而导致整个珊瑚礁生态系统的崩溃。但造礁珊瑚具有极其复杂的繁殖方式和营养方式,对多方面环境变化会产生多层次的适应。本文聚焦海南岛岸礁的代表性种类—丛生盔形珊瑚,开发并使用12个EST-SSR标记,以三亚湾内西岛和红塘湾的丛生盔形珊瑚集合种群为对象,从时间和空间角度,追踪2015~2019年西岛潜水平台(DP)、西岛牛王岭(NR)与红塘湾(HB)丛生盔形珊瑚群体的遗传结构对全球气候变化及填海和沿岸工程的响应,同时使用ITS2标签探讨其内共生藻群落结构的相应改变。从珊瑚—共生藻这一共生体的角度来解析丛生盔形珊瑚面对压力的分化和适应模式,探究珊瑚的恢复能力以及它们所支持的生态系统对持续的气候变化和局部生境压力的适应能力,得到的主要结果如下:1.丛生盔形珊瑚集合种群的遗传结构与分化根据刺丝囊类型和线粒体基因型,丛生盔形珊瑚可分为显著分化的两类:一类为s L型,一类为h S型。通过本研究开发的丛生盔形珊瑚的EST-SSR微卫星标记进行分析,与刺丝囊类型和线粒体基因型分类相一致。h S型丛生盔形珊瑚的Ho显著低于s L型(ANOVA,P<0.01),但RS无显著差异,推测h S型丛生盔形珊瑚可能主要以无性方式繁殖。二者间的遗传分化程度高,FST=0.178,P<0.01。各s L型群体间的分化程度低(时间和空间群体间的平均pairwise FST分别为0.056和0.031),h S型群体间中等分化(平均pairwise FST分别为0.109和0.083),后者显著大于前者(ANOVA,P0.05)。前者的内共生藻以D1和C1为主,约占群落丰度的97%。后者除D1和C1之外,同时共生占比达17%的C21a,三者合计占群落丰度的98%。与两种类型丛生盔形珊瑚群体的遗传结构差异相似,各h S型群体的共生藻群落组成存在显著差异,主要表现在C21a(Kruskal Test,P<0.01)和C21(Kruskal Test,P<0.05)的丰度。而各s L型群体的共生藻群落组成则无显著差异。对温度敏感的s L型丛生盔形珊瑚在2016年全球高温胁迫下不仅宿主的遗传结构出现瓶颈效应,其内共生藻也因此密度降低,原来的绝对优势类型D1和C1等大幅下降,导致原来占比极少检测不到的类型得以显示出来,ITS2物种数最多,达到了8个,且出现了仅见的F2b,丰度约8%。2018年西岛牛王岭工程建设影响下h S群体仅有4个ITS2内共生藻物种,是所有群体中数量最少的。该群体遗传结构显示RS大幅减小而Ho异常高,表明该群体的瓶颈效应是由于纯合子经历了纯化选择而消失,这与其共生藻ITS2物种的减少相一致。本文的这些发现为下一步的深入研究提供了新的视角和思路。关于丛生盔形珊瑚两种世系类型—s L型和h S型的起源和演化动力及其基因组对选择应力的响应,将会有助于阐明造礁珊瑚环境适应性生物分子遗传基础,因此对制定科学有效的珊瑚礁保护策略具有十分重要的意义。
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