中國沿岸背尖貝屬帽貝分類、分布及其對溫度耐受性比較研究.pdf

1、作為生物圈最脆弱的系統(tǒng)之一，潮間帶生態(tài)系統(tǒng)是研究全球變化對群落動態(tài)影響的理想系統(tǒng)。全球變化帶來的環(huán)境變化如溫度升高、海水酸化和海平面升高等可影響生物行為、生理以及進化適應，從而改變潮間帶生物的種群動態(tài)和群落結(jié)構(gòu)。而面對環(huán)境變化，物種間由于適應能力的差異，會出現(xiàn)“勝利者”和“失敗者”。背尖貝(Genus Nipponacmea)是常見潮間帶生物，廣泛分布于我國沿海中-高潮間帶巖石上。本研究利用DNA條形碼研究中國沿岸背尖貝的分類、系統(tǒng)發(fā)育

2、以及地理分布格局，并測定不同溫度下背尖貝屬間生理和分子適應的差異，了解生物適應環(huán)境條件的生理機理，闡明環(huán)境決定潮間帶生物分布的內(nèi)在機制。主要研究結(jié)果如下:
　　1)為了研究背尖貝屬帽貝在中國沿岸的分布，我們依據(jù)線粒體基因COI及核基因28S rDNA和Histone3基因三個分子標記對來自中國沿岸14個采樣點共計274個背尖貝樣品進行了分類研究，共發(fā)現(xiàn)了背尖貝屬的三個種:Nipponacmea radula，N.fuscoviri

3、dis及N.nigrans。研究發(fā)現(xiàn)種內(nèi)遺傳差異遠遠小于種間差異，這表明基于線粒體基因COI及核基因28S rDNA和Histone3基因的DNA條形碼技術(shù)在背尖貝屬的鑒定中具有可行性。
　　2)基于COI基因?qū)θ齻€物種進行了系統(tǒng)地理學研究。結(jié)果顯示N.radula和另外兩個物種N.fuscoviridis及N.nigrans分布在長江兩側(cè)并存在著明顯的生物地理隔離。南方種N.fuscoviridis單倍型組成呈星狀并具有一個有絕

4、對優(yōu)勢的主單倍型;而北方種N.radula具有5個主單倍型。依據(jù)Fst分析相鄰的種群之間沒有顯著差異。此外，相鄰的種群間具有相似的單倍型組成。中國沿岸背尖貝屬帽貝的這種生物地理分布可能是由于長江口區(qū)域性的水文環(huán)境、三角洲地區(qū)大范圍的泥灘以及南北方水溫差異造成的。
　　3)為了探討溫度對背尖貝分布的影響，我們比較了具有不同地理分布的Nfuscoviridis及N.radula的熱耐受能力。N.fuscoviridis和N.radul

5、a的心率ABT溫度分別為36.84±1.04℃和36.74±1.27℃。N.fuscoviridis的LT50為44.19±0.34℃，高于N.radula的42.44±0.17℃。兩個物種的HSP蛋白及hsp基因的表達模式也有顯著差異:在N.fuscoviridis中，當溫度達到42℃時，HSP70蛋白表達量達到最大值，而在N.radula中HSP70蛋白表達量在40℃達到最大值。此外，N.fuscoviridis中hsp70及hsp

6、90基因的誘導表達溫度也高于N.radula。這些結(jié)果表明溫度是影響中國沿岸背尖貝分布的一個重要的因素。根據(jù)N.fuscoviridis及N.radula棲息地的原位溫度數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)N.fuscoviridi的棲息地廈門夏季最大環(huán)境溫度約為44℃，這一溫度超過了其ABT溫度，并接近LT50。然而N.radula棲息地青島中潮間帶最大環(huán)境溫度約為38℃，稍高于ABT溫度，低于LT50。因此在南方分布的N.fuscoviridis更容易受

7、到氣候變暖的威脅。
　　4)研究了具有不同地理分布的N.fuscoviridis和N.radula細胞質(zhì)蘋果酸脫氫酶對溫度適應的差異。結(jié)果顯示，北方種Nradula cMDH米氏常數(shù)(KmNADH)相比南方種N.fuscoviridis對溫度的升高更加敏感。在熱處理過程中N.fuscoviridiscMDH的熱穩(wěn)定性顯著高于N.radula。為了分析影響這兩種帽貝cMDH酶促動力學和熱穩(wěn)定性差異的內(nèi)在機制，克隆并測序了兩種帽貝的c

8、mdh基因全長，根據(jù)豬cMDH三維模型構(gòu)建了兩種帽貝的cMDH三維模型，并對氨基酸差異位點的氫鍵形成進行了分析。結(jié)果顯示，在輔因子結(jié)合區(qū)域以及在酶促反應中具有限速作用的區(qū)域氨基酸的替換使N.fuscoviridis相比N.radula可以形成更穩(wěn)定的氫鍵這可能是酶功能和結(jié)構(gòu)溫度的適應,也是造成二者對溫度適應差異的一個內(nèi)在原因。
　　5)為了研究具有不同耐熱能力的背尖貝N.fuscoviridis及N.radula應對高溫機制的差異

9、，測定了在不同溫度下背尖貝在變溫模式下心臟功能、熱應激指標熱休克蛋白70(HSP70)以及能量代謝相關(guān)指標蘋果酸脫氫酶(MDH)以及丙酮酸激酶(PK)的變化。結(jié)果顯示當溫度由25℃升至35℃（接近兩物種ABT溫度）的過程中N.fuscoviridis的心率溫度系數(shù)(Q10)顯著高于N.radula;而在35℃恒溫熱激過程中，N.fuscoviridis的心率在一段時間出現(xiàn)緩慢下降并恢復至未熱激水平，這可能是一種在脅迫環(huán)境下降低代謝以減少