我国刺状海马的系统进化及其群体适应性特征

Seahorses (Hippocampus) belong to the family Syngnathidae, and most seahorses have been listed as the vulnerable species by IUCN (International Union for Conservation of Nature and Natural Resources). Seahorses are frequently taken in as trawl bycatch and are vulnerable to destruction and degradation of the habitats. Spiny seahorses, which is named by their skin formation, are the special group among the seahorses family, and they are widely distributed in the tropical and sub-tropical sea in the world. The present proposal aims to innovatively investigate the wild stock resources of spiny seahorses in China, and then study the phylogeographic patterns, genetic diversities and population structures among different spiny seahorses through using mitochondrial DNA marker. The evolutionary position of the spiny seahorses in China is compared with the international seahorse family and their origin and drift route of these seahorses are investigated. The population dynamics of historical evolution will be also reconstructed, and the role of histotical and contemporary factors in shaping the phylogeographic pattern and genetic structures of marine species is also analyzed in the present studies. On the other hand, the genetic diversity, population divergence and fauna of spiny seahorses along the Chinese coast are evaluated through collecting and measuring the population genetic data. Based on the distribution characteristics, the phenotypic characteristics and molecular sequence differences among different spiny seahorses, the population adaptability is demonstrated in this study. In conclusion, this proposal, which will provide the important data for the study of marine bio-diversity and conservation, will be important for the purpose to improve the understanding of conservation and sustainable utilization of seahorses in China.

海马（Hippocampus）隶属海龙科（Synagnathidae），是国际濒危保护动物、国家二级保护动物；刺状海马是国际海马家族中的非常重要的一个群体。本研究拟以我国沿海的多种刺状海马为研究对象，揭示其形态学差异，阐明其资源分布规律；通过线粒体分子标记技术对不同刺状海马进行生物地理学研究，阐明其进化关系及其国际海马家族中的进化地位，探讨其起源和漂移路线；同时，研究不同刺状海马的种群结构特征，阐述其遗传多样性水平和遗传分化特征，探讨其群体动态历史演化过程，揭示历史因素和当前环境因素对塑造海洋鱼类群体遗传结构和地理分布模式的重要作用。基于不同种类的表型特征、地理分布规律，耦合海马体型发育、环境适应性相关功能基因序列差异，揭示我国刺状海马表型、基因型特征与地理分布的相关性，阐明其群体适应性特征。本项目将有利于完善我国沿海海马的系统分类现状，为我国海马资源的可持续性利用和保护提供理论依据。

海马隶属于海龙科，海马属（Synagnathidae：Hippocampus），是珍稀的小型海洋硬骨鱼类，广泛分布于热带或亚热带的浅海海域。海马属对于了解海洋生物系统进化和生物多样性等方面都具有重要的研究价值，但我国尚缺乏海马属的系统分类和动物地理学研究。在国际海马家族中，有一类海马的体型特征尤为特殊，它们皮肤表面布满刺或棘，头部的棘状突起特别尖锐，体环和尾环上也具有棘状突起，统称为刺海马。基于中国沿海刺状海马系统分类和种群特征研究的空白现状，本项目通过形态学和线粒体分子标记方法对中国沿海刺状海马进行系统学分类研究，一方面理清长期以来模糊的刺状海马分类，另一方面，用分子系统学的方法研究不同种类的刺状海马之间的系统进化关系，揭示中国刺状海马在国际海马家族中的进化地位，阐明中国沿海刺状海马的种群结构，为海马的资源保护提供理论支撑。基于本项目的研究，（1）我们发现中国沿海目前存在3种刺状海马，分别为鲍氏海马（Hippocampus barbouri）、刺海马（Hippocampus histrix）和棘海马（Hippocampus spinosissimus），同时发现了1个海马新种（Hippocampus casscsio）。本调研结果进一步丰富了我国海马资源数据库。（2）我们构建了中国沿海刺状海马的形态学图谱，同时构建了中国沿岸海龙科鱼类优势种群DNA barcoding数据库。（3）基于COI、cytb线粒体分子标记，完成三种刺状海马群体遗传多样性和群体遗传结构研究，阐明刺状海马遗传分化水平均较低，不存在明显的遗传结构，但存在群体扩张现象。（4）我们参考传统形态分类方法，对我国沿海的海马种进行系统分类，本项目对对棘海马、鲍氏海马的线粒体全基因组结构特征进行分析，阐明刺状海马的变异特征，完成刺状海马系统进化分析；同时预测了线粒体基因组中的微卫星序列，找到刺状海马适应性进化的证据。基于本项目的实施，我们共发表科研论文5篇，完成了预期的研究目标。综合上述研究，我们系统阐述了我国近海刺状海马资源的种类，揭示了刺状海马种群的群体扩张与遗传分化特征，这在一定程度上为我国海马资源的科学保护提供了理论依据。