基本信息
- 项目名称：
- 舟山眼镜蛇的遗传多样性和种群遗传结构研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 用线粒体控制区序列研究27个地点的舟山眼镜蛇（Naja atra）的遗传多样性和种群遗传结构。。总体上舟山眼镜蛇具有一定的地理格局，种群间遗传距离随迁移距离的增大而增大。
- 详细介绍：
- 眼镜蛇属（Naja）蛇类因其独特的攻击行为、剧毒特性和重要的经济价值而成为全球范围内的明星爬行动物。该属世界范围内共有28种，下分4个亚属：Uraeus，Boulengerina，Afronaja和Naja （Wallach et al., 2009; 图1.1)。在所有11种亚洲产眼镜蛇中，中国仅见孟加拉眼镜眼镜蛇（N. kaouthia）和舟山眼镜蛇（N. atra）两种。舟山群岛中部岛屿是其分布的最北界，也是其模式标本产地。 关于Naja属眼镜蛇的系统学和分类学，著名学者Wolfgang Wüster与他的同事于1987-2009年20多年间，先后发表了20余篇论文，报导了多种非洲和亚洲产新种，厘清了多种眼镜蛇系统发生关系（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）利用线粒体基因（12S rRNA）片段序列研究中国20种蛇的系统发生关系，其中包括Naja属眼镜蛇；Kelly等（2003）利用四个线粒体基因（Cyt b、ND4、12S rRNA和16S rRNA）作为分子标记，探讨了包括眼镜蛇在内的60余种游蛇亚目（Colubroidea）蛇类的系统发生关系； Lawson等（2005）利用1个线粒体基因（Cyt b）和1个核基因（c-mos）作为分子标记，探讨了100种游蛇亚目蛇类的系统发生关系。严洁等测定了舟山眼镜蛇、尖吻蝮（Deinagkistrodon acutus），钩盲蛇（Ramphotyphlops braminus），铅色水蛇（Enhydris plumbea）的线粒体全序列，并探讨其系统发生关系（Yan et al., 2008）。 初步研究结果显示，舟山眼镜蛇遗传多样性具有一定的地理格局（HC Lin et al., 2008; LH Lin et al., 2008）。林隆慧等利用线粒体基因（Cyt b和ND2）为标记，研究中国大陆产舟山眼镜蛇5个种群（舟山、黄山、丽水、全州和百色）的种群遗传结构，发现东部三种群（舟山、黄山和丽水）聚为一支，南部两种群（百色和全州）聚为另一支，其中南部一支又可分为百色和全州两个亚支；除舟山种群具有两个单元型外，其他四种群内均为单一单元型，黄山、丽水种群所有个体单元型相同，东部三种群存在一个共享单元型（LH Lin et al., 2008）。林华庆对来自台湾北部、中部、南部和西部四个种群127个体的线粒体DNA控制区序列研究结果显示，台湾产舟山眼镜蛇总体核苷酸多样性较低，但种群间基因交流不明显，并建议分布可作为四个独立的ESU，即进化显著单元（HC Lin et al., 2008）。 由此可见，之前的研究由于各学者关注的侧重点不同，或者由于采样的局限性，对舟山眼镜蛇的遗传多样性、种群遗传结构尚待进一步深入研究。 此外，对于一种有剧毒的大型毒蛇，研究其遗传多样性还有更现实的意义。蛇毒成分组成和活性具有种间和种内变异（Chippaux, 1991; Fry et al., 2003）。这种变异导致针对某一种蛇毒的抗血清并不能有效地、完全地中和来源于另一种近缘物种或相同物种不同地理种群的蛇毒。因此了解相关毒蛇的系统分类学和种群遗传学成为制定蛇伤治疗策略的前提。相关分类学知识的缺乏势必导致不能有效准确地治疗蛇伤。 舟山眼镜蛇蛇体可浸酒药用，胆亦可入药，肉可食，其皮肤和毒液中的微量元素极丰富，加之国人“愈毒愈补”的传统饮食理念，使得该种的野外种群在过去几十年中因过猎而迅速衰退，舟山眼镜蛇已被中国濒危动物红皮书列为易危动物（赵尔宓, 1998）。改革开放以来，随着通讯和交通的迅速发展，非法贸易呈逐年递增的态势，这种贸易不仅加剧了野外种群的衰退，还因为逃逸和查没动物的无序释放导致了部分地区舟山眼镜蛇谱系关系的混乱，因此，开展舟山眼镜蛇种质资源保护研究的紧迫性不仅在于这项工作事关相关物种遗传多样性的安全，还在于研究所产出的结果对我国重要濒危动物的保护事业具有重要的贡献。系统地开展我国舟山眼镜蛇种质资源的调查和监测，掌握种质资源的总体状况，是制定种质保护策略的基础。从分子水平上，采用分子遗传标记技术如线粒体基因和核基因标记对舟山眼镜蛇的遗传多样性水平、种群遗传结构、种群变化动态等进行全面检测，可为制定有效的种质资源保护策略提供依据。 本研究所用的舟山眼镜蛇（N = 390）取自越南、中国大陆、舟山群岛、海南岛和台湾岛等27个地区，其中台湾个体序列从GenBank下载（HC Lin et al., 2008），样点基本覆盖该种分布全境。捕捉现场剪取尾部肌肉置于95%的酒精中保存，动物随后原地释放。所有样本保存于杭州市动物适应与进化重点实验室。 舟山眼镜蛇线粒体控制区全长1029 bp，其中四种碱基的含量为：A = 26.8%、G = 12.0%、T = 33.1%、C = 28.1%，AT% > GC%，表现出明显的反G偏倚。对390条舟山眼镜蛇线粒体控制区进行比对，共检测到52个单元型。GenBank中相应的编号为DQ224315-DQ224337，GU563498- GU563526，HQ881480-HQ881483（表3.1）。其中DQ224315、DQ224317 和DQ224325为GenBank下载的台湾种群序列经切除3’末端的非控制区片段后，归属同一单元型H1；DQ224319和DQ224324归属同一单元型H4。对序列进行比对分析后发现，在1029个位点中存在40个位点的变异（3.89%），其中碱基转换位点32个，颠换突变位点9个，其中包括一个既有转换又有颠换的位点。 对27个种群进行分析得出，单元型多样性（h）的范围为0-0.920，其中台湾南部（TS）的单元型多样性最高；核苷酸多样性（π）的范围为0-0.572%，其中河口（HK）的核苷酸多样性最高；而黄山、丽水、建阳、赣州、米易、芷江、松桃（HS、LI、JY、GZ、MY、ZJ、ST）均只有一个单元型，单元型多样性和核苷酸多样性均为0。 根据线粒体控制区的数据显示，舟山眼镜蛇具有一定的地理格局，遗传距离随着迁移距离的增大而增大。然而目前逃逸和查没动物的无序释放以及个体养蛇场异种群的混养，导致舟山眼镜蛇谱系关系的混乱，从而引发远交不育、遗传多样性丧失等严重后果。因此我们建议：（1）在未确定舟山眼镜蛇等野生保护动物的来源时，不要随意放生野外，特别是山脉和水体两侧种群之间的罚没个体不要随意混淆；（2）虽然迁地保护利于基因交流和达到维持种群的最小生存数量，但采取此类行动之前必须慎重考虑种群间的遗传相似性，相邻种群间迁移能最大程度的保护相关物种的遗传多样性安全，大尺度迁移会因种群间遗传距离过大导致谱系混乱和远交不育的危险；（3）比较而言，保护和恢复舟山眼镜蛇现有栖息地，实行就地保护的策略更为稳妥可行。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 近30年来随着通讯和交通的迅速发展，舟山眼镜蛇非法贸易呈逐年递增的态势，这种贸易不仅加剧了野外种群的衰退，还因为逃逸和查没动物的无序释放导致了部分地区舟山眼镜蛇谱系关系的混乱，因此，开展舟山眼镜蛇种质资源保护研究的紧迫性不仅在于这项工作事关相关物种遗传多样性的安全，还在于研究所产出的结果对我国重要濒危动物的保护事业具有重要的贡献。
科学性、先进性及独特之处
- 1. 用系统地理学方法，系统性地研究一种野生明星动物的自然演化规律，从遗传和进化的角度阐述对我国现今生物多样性和遗传多样性分布格局形成的历史时空过程。 2. 实验设计、技术方法和研究手段都与国际同类研究同步，探讨的科学问题与国际上最受关注的前沿课题有关。
应用价值和现实意义
- 系统地开展我国舟山眼镜蛇种质资源的调查和监测，掌握种质资源的总体状况，是制定种质保护策略的基础。本研究采用线粒体DNA控制区为标记，对舟山眼镜蛇的遗传多样性水平、种群变化动态、遗传谱系特征和地理分布格局等进行检测，为制定有效的种质资源保护策略提供依据。
学术论文摘要
- 用线粒体控制区序列研究27个地点的舟山眼镜蛇（Naja atra）的遗传多样性和种群遗传结构。结果显示，罗霄山脉、南岭山脉、武夷山脉、台湾海峡影响该物种的基因交流，而台湾山脉对舟山眼镜蛇基因交流的屏障作用不显著。根据线粒体控制区的数据显示，舟山眼镜蛇具有一定的地理格局，遗传距离随着迁移距离的增大而增大。然而目前逃逸和查没动物的无序释放以及个体养蛇场异种群的混养，导致舟山眼镜蛇谱系关系的混乱，从而引发远交不育、遗传多样性丧失等严重后果。因此我们建议：（1）在未确定舟山眼镜蛇等野生保护动物的来源时，不要随意放生野外，特别是山脉和水体两侧种群之间的罚没个体不要随意混淆；（2）虽然迁地保护利于基因交流和达到维持种群的最小生存数量，但采取此类行动之前必须慎重考虑种群间的遗传相似性，相邻种群间迁移能最大程度的保护相关物种的遗传多样性安全，大尺度迁移会因种群间遗传距离过大导致谱系混乱和远交不育的危险；（3）比较而言，保护和恢复舟山眼镜蛇现有栖息地，实行就地保护的策略更为稳妥可行。
获奖情况
- 拟在Molecular Ecology, Molecular Phylogenetics and Evolution, 或者Conservation Biology等杂志上发表。
鉴定结果
- 无
参考文献
- 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. 赵尔宓. 中国濒危动物红皮书(两栖类和爬行类) [M]. 北京: 科学出版社, 1998. pp 274-276.
同类课题研究水平概述
- 关于Naja属眼镜蛇的分类学和系统地理学，著名学者Wolfgang Wüster与他的同事于1987 - 2009年20多年间，先后发表了20余篇论文，报导了多种非洲和亚洲产新种，厘清了多种眼镜蛇系统发生关系（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）利用线粒体基因（12S rRNA）片段序列研究中国20种蛇的系统发生关系，其中包括Naja属眼镜蛇；Kelly等（2003）利用四个线粒体基因（Cyt b、ND4、12S rRNA和16S rRNA）作为分子标记，探讨了包括眼镜蛇在内的60余种游蛇亚目（Colubroidea）蛇类的系统发生关系；Lawson等（2005）利用1个线粒体基因（Cyt b）和1个核基因（c-mos）作为分子标记，探讨了100种游蛇亚目蛇类的系统发生关系。严洁等测定了舟山眼镜蛇、尖吻蝮（Deinagkistrodon acutus），钩盲蛇（Ramphotyphlops braminus），铅色水蛇（Enhydris plumbea）的线粒体全序列，并探讨其系统发生关系（Yan et al., 2008）。 初步研究结果显示，舟山眼镜蛇遗传多样性具有一定的地理格局（HC Lin et al., 2008; LH Lin et al., 2008）。林隆慧等利用线粒体基因（Cyt b和ND2）为标记，研究中国大陆产舟山眼镜蛇5个种群（舟山、黄山、丽水、全州和百色）的种群遗传结构，发现东部三种群（舟山、黄山和丽水）聚为一支，南部两种群（百色和全州）聚为另一支，其中南部一支又可分为百色和全州两个亚支（LH Lin et al., 2008）。林华庆对来自台湾北部、中部、南部和西部四个种群127个体的线粒体DNA控制区序列研究结果显示，台湾产舟山眼镜蛇总体核苷酸多样性较低，但种群间基因交流不明显，并建议分布可作为四个独立的ESU，即进化显著单元（HC Lin et al., 2008）。
