脉红螺 Rapana venosa 雌性多次交配行为和精子竞争研究

Female multiple mating (polyandry) and sperm competition are important topics in evolutionary biology and behavioral ecology, the underlying mechanism of which is currently under considerable debate. In the present project, we plan to set experimental controls of Rapana venosa with different population density and observe their mating behaviors. Polymorphic microsatellite markers will be developed and used to identify frequency and extent of female multiple mating. Paternal contributions of different sires to progeny arrays of females will also be determined. The effects of mate encounter rates (population density) will be tested by comparing results of multiple paternity in controls of different density. By comparing the mating sequence of males and their contributions to each brood, patterns and mechanisms of sperm competition will also be discussed.

雌性动物多次交配现象（一雌多雄制）和精子竞争是进化生物学和行为生态学的研究热点，其进化机制一直存在争议。本项目拟以脉红螺为研究对象，通过设置不同密度组，观察其繁殖产卵行为，记录脉红螺雌性的多次交配频率和次数，并结合基于微卫星DNA的多重父系分析技术，分析与同一雌性交配的雄性对后代的贡献率，揭示群体密度对雌性多次交配频率的影响，检验雌性多次交配行为的非适应性进化机制；查明精子竞争模式，探讨雄性间精子竞争机制。

繁殖策略的进化是繁殖行为学的核心问题，是理解动物婚配制度和性选择的关键。雌性动物多次交配现象（一雌多雄制）和精子竞争是动物界普遍存在的现象，其进化机制一直存在争议。本研究选择了脉红螺为研究对象，采用繁殖行为学观察和基于微卫星DNA标记的多重父系分析技术相结合的方法，对其雌性多次交配行为精子竞争进行了研究，主要研究结果如下：.1. 采用磁珠富集法从脉红螺基因组DNA中成功筛选32个具有多态性的微卫星位点。利用32个脉红螺野生个体对所得的微卫星位点进行多态性评价，结果显示：各微卫星位点等位基因数目从4到32个不等，观测杂合度范围为0.3226-1.000，期望杂合度范围为0.5754-0.9727。.2. 采用5个多态性微卫星位点对采自我国丹东大鹿岛海域的19个脉红螺野生卵群（共1381个幼虫）进行了多重父系分析，结果显示：19个卵群中，有17个卵群检测到多重父系现象（89.5%），其幼虫来自2−7个不同的雄性个体，平均为4.8个雄性个体。在17个存在多重父系现象的卵群中，不同父本对后代的贡献在16个（94.1%）卵群中存在显著偏差，并存在一个对后代贡献占明显优势的雄性，其在同一卵群的不同卵袋中也占显著优势，暗示脉红螺雌螺储精器官内可能存在精子竞争，但由于缺乏繁殖行为学如交配次序等信息，无法确定其精子竞争模式及可能机制。.3. 为检验雌性多次交配行为的非适应性进化机制和查明脉红螺精子竞争模式，本研究设置不同密度组（低密度组的密度为12个/m3，高密度组密度为36个/m3）进行室内养殖脉红螺试验，观察与记录其交配产卵行为；同时，采用6个多态性微卫星位点对所获得的120个卵群（低密度组：33个卵群；高密度组：87个卵群）的3940个幼虫进行多重父系分析，研究发现高密度组雌螺的交配次数和配偶数均高于低密度组雌螺的交配次数和配偶数，证实了在两性在利益冲突这种假设条件下，雌螺多次交配频率受雌性与雄性相遇频率的影响，验证了雌性多次交配行为的非适应性进化机制；脉红螺雌螺的产卵次数随雌性交配次数或配偶数的增加而增加，暗示脉红螺雌螺从多次交配可获得的直接收益很有可能是生殖刺激；查明了脉红螺精子竞争模式为最后精子竞争优势，影响脉红螺父权的主要因素为其交配顺序。.相关研究为深入探讨骨螺科乃至腹足纲螺类的雌性多次交配行为进化机制和精子竞争机制提供了理论参考。