三疣梭子蟹种群基因交流方向与性别偏倚性扩散研究

Swimming crab, Portunus trituberculatus is economically important species in China. Special concerns have been raised that over-exploitation of the crabs resulted in germplasm resource degradation, prompting for urgent management based on good understanding of biology of the species. Meanwhile, understanding the dispersal model of marine species and mechanism responsible for genetic differentiation and gene flow are essential for the study of biogeography, phylogeny and conservation biology. In the project, the mitochondrial cytochrome oxidase subunit I (COI), nuclear genome microsatellites DNA and single nucleotide polymorphism (SNP) will be selected as molecular markers. By using these markers, directional gene flow and sex-biased dispersal mechanism will be analysed among the Portunus trituberculatus populations along the coast of China based on the theories and methods of population genetics and phylogenetics. The project will also supply efficient genetic data for the conservation of fishery and germaplasm resouces in China and benefit genetic breeding for the crabs.

三疣梭子蟹是我国一种重要的经济蟹类。长期过度捕捞导致三疣梭子蟹种质资源急剧衰退，亟需采取有效措施对其进行保护。同时，研究海洋生物种群扩散模式、透彻解析种群间遗传分化和基因交流是海洋生物地理学、系统进化和保护生物学研究的基础。本申请拟运用群体遗传学及系统发育的理论和分析方法，采用线粒体细胞色素氧化酶I基因（COI） 部分序列、核基因组微卫星（SSR）以及基于2b-RAD技术筛查分型的单核苷酸多态性（SNP）标记对中国海三疣梭子蟹种群间基因交流方向进行研究，从基因组水平探讨种群间遗传分化，并对该物种中是否存在性别偏倚性扩散（Sexaul-biased dispersal）进行遗传学分析。本项目也将为我国三疣梭子蟹渔业资源、种质资源保护以及良种培育提供重要的遗传学信息。

本项目按照计划完成了预定研究内容和各项考核指标。明确了中国海三疣梭子蟹种质资源状况，阐明了影响种群遗传多样性及遗传结构和基因交流的原因，并首次通过种群遗传学分析对蟹类的性别偏倚性扩散现象进行研究。基于以上研究结果，共撰写SCI论文4篇；先后协助培养研究生3人；参加国内、国际学术会议3次，组织学术交流1次；部分研究成果荣获教育部科技进步二等奖。. 研究分别应用线粒体控制区和细胞色素氧化酶亚基I基因片段，以及10个微卫星标记对中国海12个三疣梭子蟹地理群体（丹东、大连、青岛、日本、营口、葫芦岛、天津、黄骅、东营、莱州、宁波、北海）进行了种群遗传学研究。线粒体标记均揭示该物种整体遗传多样性水平高，种群发生了中等程度的遗传分化，北海群体与其他群体遗传分化较大，揭示至少存在南海分支和东海以北分支两个遗传单元。这与更新世种群的变动、物种的扩散能力、所处地理环境以及洋流的连接相关。与线粒体标记不同的是，微卫星标记反映出两两种群间遗传分化均为显著，可划分为三个遗传单元：黄海北部、黄渤海和东海、及南海。但对于线粒体揭示发生明显分化的北海群体，微卫星标记反映的分化却不明显。相关性分析发现二者的Fst并不呈正相关。分析认为线粒体DNA更容易受遗传漂变影响且微卫星DNA具更高的突变速率，线粒体标记揭示出的可能是更为久远的遗传分化，而后者更能揭示出种群当下的遗传结构。进而对雌雄群体的遗传结构分别分析，发现雄性遗传分化指数高于雌性，且雄性个体可划分至3个遗传单元，雌性2个，因此推断该物种存在性别偏倚性扩散，雌性的扩散距离更远，可能与抱卵生殖环境的选择以及资源竞争有关。此外，在重要免疫基因丝氨酸蛋白酶及其同源物序列中，共筛得186个SNP标记，为进一步研究三疣梭子蟹适应性进化提供了候选标记。以上结果为揭示三疣梭子蟹种群起源和进化提供了宝贵遗传信息，也为渔业管理和保护提供了科学依据。