海南岛几种鸟类食蜜行为的分子机制研究

Nectar, a sugar-rich liquid produced by plants, is an important food resource for many animals. Meanwhile, animals will pollinate plants, and such mutual interaction between animals and plants is more evident in tropical areas where a large amount of plants flower throughout the year, attracting different types of birds to pollinate them. These bird pollinators, as key "mobile links" in ecosystem, have mounted much of the biodiversity of this region. However, previous studies of plant-pollinator interactions mainly focused on ecological level, lacking the attempt to explore the molecular mechanism of nectar-feeding behavior in birds. Thus, this project will investigate the typical nectarivorous birds and the specific plant species pollinated by them in Hainan Island. By combining behavior and molecular biology research methods, we aim to reveal: (i) the difference of the expression and enzyme activity of intestinal Sucrase-Isomaltase (SI) gene between the specialized and generalized bird pollinators, and (ii) the genetic mutations of SI in the non-nectar-feeding Old World flycatchers, which may cause the malabsorption of sucrose. Taken as a whole, the study on molecular mechanism of bird nectar-feeding behavior will not only improve our understanding on avian foraging behavior and bird pollination, but also reveal the indispensable role of nectarivorous birds as pollinators in stabilizing tropical ecosystem in Hainan Island.

含糖丰富的花蜜是很多动物赖以生存的重要食物。植物为动物提供花蜜，同时也利用动物为其授粉，这一协同进化关系在热带地区尤为突出。这里种类丰富的鸟类是热带植物花粉传播的重要媒介，成为该地区生物多样性进化与维持的重要使者。然而以往对食蜜传粉鸟类与植物的相互作用多集中于生态学研究方面,对鸟类食蜜行为的分子机制研究还为空白。因此，我们将以海南岛典型的食蜜鸟和其拜访植物为研究对象，结合行为学与分子生物学方法，试图揭示：1)不同食蜜鸟取食不同类型花蜜的行为是否与其肠道内蔗糖水解酶基因的表达及活性有关；2)非食蜜鸟类(如鶲科)其肠道内的蔗糖水解酶基因是否存在突变造成功能缺失，从而不能水解食物中的蔗糖，只能专一性地取食昆虫。鸟类食蜜行为分子机制的研究不仅有助于我们深入理解鸟类食性及其传粉行为，同时为食蜜传粉鸟类在维持热带生态系统稳定中所扮演的角色提供新的认识。

海南岛地处热带北缘，这里种类丰富的鸟类是热带植物花粉传播的重要媒介，成为该地区生物多样性进化与维持的重要使者。本研究项目主要关注以下2个方面的问题：1）海南岛典型食蜜鸟类的种类以及它们拜访植物的种类；其中特别关注海南岛仅有的两种太阳鸟，叉尾太阳鸟（Aethopyga christinae）和黄腹花蜜鸟（Nectarinia jugularis），希望探究这两种近源种鸟类在岛内同域共存的机制；2）利用转录组测序探究鸟类取食花蜜背后的分子机制。..经过3年的系统调查研究，我们已经初步建立了海南岛食蜜鸟类的研究系统，并对我们所感兴趣的问题进行了深入研究。我们在海南岛全岛范围内调查两种太阳鸟的分布、栖息地选择和取食植物的种类，以海南岛地图为蓝图，大约每30kmX30km方格为一个样点，大约50个样点可以涵盖全岛的面积，目前我们完成了大部分野外调查工作（图1），具体记录的数据包括：太阳鸟被发现的GPS坐标、海拔、温湿度、鸟类的种群及数量、取食生境的乔木盖度等指标。已有的结果显示叉尾太阳鸟更喜欢海拔稍高的中低海拔山区，多为保存较好的次生林或原始林，而黄腹花蜜鸟多分布于低海拔开阔区域（如乡镇或者城市），对森林的依赖性较低（图2）。我们选取了海南岛内最典型的食蜜鸟类：叉尾太阳鸟、暗绿绣眼（Zosterops japonicus）、红耳鹎（Pycnonotus jocosus），提取它们的舌头组织全RNA并进行转录组测序，测序的覆盖度超过120X（表1），利用Rcorrector软件进行序列矫正，利用Trinity软件拼接（表2、图3），后续利用TransDecoder软件进行基因的预测，我们希望在后续的分析中找到和糖类取食行为有关的基因，揭示鸟类取食花蜜背后的分子机制。鸟类食蜜行为分子机制的研究不仅有助于我们深入理解鸟类食性及其传粉行为，同时为食蜜传粉鸟类在维持热带生态系统稳定中所扮演的角色提供新的认识。.