变化环境下水蚤(Daphnia)群体的种间杂交及其动力学研究

Interspecific hybridization (i.e. crossing between two different species) is a creative evolutionary force that forms novel genotypes, and then significantly changes the population structure. Hybrids will allow rapid adaptation to new environments, when unfavourable conditions arise. Our previous studies, by using hybrid complexes of zooplanktonous cladocerans of the genus Daphnia, indicated that the population structure showed significant differences among different environments and the proportion of hybrids increased when the environmental conditions deteriorated. In addition, the hybridization could change the Daphnia population structure significantly. These results suggest that hybridization is an important strategy for the survivor of the species in the unfavourable environments. The present proposal, by using 15 advanced microsatellite loci, will investigate Daphnia population structure from 8 different lakes (natural or artificial) to address the open questions of if the environments effect on the hybridization and how the hybrids response to the changing environments. We expect that the hybrids will success in the changing environments. The proposed combination of intensive field sampling and advanced molecular technology will advance our understanding of the role of hybridization in the changing environments and, more generally, of genetic exchange in adaptive evolution.

物种间杂交指两个不同物种之间进行交配后，发生物种间基因交换/重新组合，由此产生新基因型, 从而显著改变群体的遗传结构。在环境胁迫下，杂交所产生的新基因型可获得更多生存机会。申请者前期以枝角类浮游生物水蚤属(Daphnia) 为模式生物，发现1）不同生态环境下，水蚤群体的遗传结构存在巨大差异；2）当生态环境恶化时，水蚤杂交比例会显著增加；3）水蚤群体的种间杂交可显著改变群体的遗传结构。这些研究提示，物种间杂交是环境胁迫下物种得以延续的重要策略。为检验这一假说，本研究将利用可精确分辨水蚤群体中不同类群差异特征的15个微卫星遗传位点，对8个天然或人工湖泊的水蚤群体样本进行基因型分析，重点探讨生态环境对杂交的影响，以及新栖息地水蚤杂种对变化环境的响应。期望证实生态环境可影响群体的种间杂交，且种间杂交产生的后代更适应变化下的生态环境。本研究将有助于阐明基因交换/重新组合在适应性进化中的重要作用。

本轮青年基金项目的关键科学假说：物种间杂交是环境胁迫下物种得以延续的重要策略。为检验这一假说，本研究小组及合作者以枝角类浮游生物水蚤属(Daphnia) 为模式生物：.（一）采集到中国大陆14个省73个淡水湖泊的水蚤群体样本，通过线粒体基因和微卫星位点为遗传标记，第一次大规模对中国境内水蚤种内及种间系统发生关系以及遗传多样性进行分析。发现：（1），中国大陆地区有多个水蚤物种；（2），对于本项目关注的长刺溞复合种，在中国大陆仅检测到两个物种（D. galeata 和 D. dentifera）；两个物种的分布有明显的地理隔离，可能和水体富营养化程度相关： D. galeata 栖息在较低海拔高度的富营养化湖泊，主要集中在中国的东部和中部（如长江中下游平原等）；而D. dentifera 则栖息在具有较高海拔高度的中或寡营养性湖泊，主要分布在中国的西部地区，如青藏高原、内蒙古高原和云贵高原；（3），通过对比古北区等地水蚤分布，暗示了D. galeata 是最近的一个快速扩张的物种，且群体间基因交流频繁；（4）中西部扩散能力较强的D. galeata可迁徙/入侵到西部D. dentifera分布的边缘区域，但不能入侵至较高海拔高度的中或寡营养性湖泊中；在这一入侵过程中，杂种出现在两亲本重叠的地理区域，且杂种群体间遗传差异较大；暗示，杂交是物种应对不利生境的重要策略。.（二）在时间维度上（按月份）采集十个新生水体中水蚤群体，调查了群体的种间杂交情况和群体遗传结构。发现：（1),水蚤父本的遗传结构与其地理位置相关，而杂交群体则不然；（2),杂种群体间基因交流较小，并且杂种和所在群体的亲本遗传距离比杂种与其它亲本遗传距离小；暗示杂种为当地产生，以应对新生人工湖泊激烈的生境变化；（3），水蚤群体遗传结构与水体富营养化相关，D. galeata在富营养化水体中占优势地位。..本项目紧扣杂交和环境关系，所取得研究成果将有助于理解：（1），新生淡水系统中水蚤杂交的时空分布，以及环境因子（如富营养化指标）对淡水生态系统中浮游动物群体分布的影响；（2），远东地区（由于其隆起年代近）水蚤的系统发生学和亲缘地理学，特别是水蚤的杂交化，并有助于全面理解全球水蚤系统发生关系和遗传多样性；（3）基因交换/重新组合在适应性进化中的重要作用。