全球气候变化背景下南海澄黄滨珊瑚和疣状杯形珊瑚遗传多样性和连通性研究

Coral reefs are threated worldwide under global climate change; the coral reefs of the South China Sea (SCS) are deteriorating seriously and needs protection. Genetic diversity and population connectivity determines the anti-interference ability and resilience ability of the coral community. They are the basis of the design and implementation of the conservation measures. Herein, based on the collected coral samples in our laboratory, we choose two DNA markers (ITS and b-Tublin) and more than ten microsatellite markers to study the population genetic of massive wide-spreading scleractinian coral Porites lutea (17 populations containing about 500 samples) and breaching Pocillopora verrucosa (13 populations containing about 300 samples). The genetic diversity, structure, gene flow, geographical distribution patterns and connectivity of SCS populations will be analyzed to infer the evolutionary relationships between coral genetic diversity and geographical system. Contrasting the differences between massive and breaching corals will enhance the understanding of genetic structure and its causes in SCS. This study will help in evaluating the germplasm genetic resources, their resilience to natural and human-induced disturbance, the appropriate scale of management, forecasting the impact of global climate change on coral reefs in SCS and will provide theoretical foundation for protection and restore of coral reef ecosystem.

全球气候变化导致世界珊瑚礁面临巨大威胁，而南海珊瑚礁退化尤其严重。遗传多样性和连通性决定了珊瑚群体的抗干扰能力和恢复能力，是保护措施科学设计与实施的基础。本项目在收集了覆盖整个南海的大量珊瑚样品基础上，采用两个DNA序列标记(ITS和β-Tublin)和10个以上微卫星标记，分析南海块状、广布种澄黄滨珊瑚（17个群体，约500个样品）和枝状、低纬度种疣状杯形珊瑚（13个群体，约300个样品）的遗传多样性和遗传结构，探究群体间的基因流和连通性，进而推断地理系统进化关系和历史演化过程，结合繁殖方式、低温模拟实验、海流等因素深入分析群体遗传分布格局及其成因，比较块状与枝状珊瑚之间的异同，深化对南海珊瑚遗传结构及其影响因子的理解。本研究对珊瑚种质遗传资源的评估、关联群体的维持、保护措施的实施和评价、气候变化对南海珊瑚礁影响的预测都具有重要意义，为珊瑚礁生态系统的保护和修复等工作提供坚实的理论依据。

全球气候变化导致世界珊瑚礁面临巨大威胁，而南海珊瑚礁退化尤其严重。遗传多样性和连通性决定了珊瑚群体的抗干扰能力和恢复能力，是保护措施科学设计与实施的基础。本项目在收集了覆盖整个南海的大量珊瑚样品基础上，基于文献调研和自主开发等方式，选取适用于澄黄滨珊瑚、盾形陀螺珊瑚、鹿角杯形珊瑚、疣状杯形珊瑚和丛生盔形珊瑚等南海珊瑚种类的分子标记进行遗传学研究。此外，本项目还开展了对块状澄黄滨珊瑚的温度胁迫实验，通过高温和低温胁迫分别探究珊瑚在应对不同极端环境时的生理响应模式和和分子机制。项目取得的重要结果如下：1）南海相对高纬度的边缘珊瑚群体，普遍具有较低的遗传多样性和较高的遗传分化，需要给予更多的关注和保护；2）海表温度和地理距离是影响多数珊瑚群体遗传结构的共性因素；3）较强的人类活动等局部因素影响了个别群体，使其成为遗传上较为特殊的群体；4）排幼型珊瑚比排卵型珊瑚的幼虫扩散时间短，群体之间更容易产生分化；5）适度高温胁迫对珊瑚有一定的驯化作用，且经历过白化事件的珊瑚较未经白化事件的珊瑚表观状态更优、响应更高效；6）RNA-seq分析表明澄黄滨珊瑚可以通过激活免疫、凋亡和自噬途径并降低代谢水平来应对低温胁迫，同时发现热带地区的澄黄滨珊瑚耐寒性较亚热带地区要低，这一现象可能不利于热带珊瑚向相对高纬度的避难所迁移。这些研究成果深化了我们对南海珊瑚群体遗传结构及其应对环境变化机制的理解，为设计南海珊瑚礁生态系统的保护和修复措施，开展珊瑚驯化和移植等珊瑚礁生态修复手段提供重要理论依据和保障。