富营养湖泊中溞属种类表型可塑性的生态适应及其分子进化机制

Human activities strengthen the process of lake eutrophication. Cyanobacterial bloom and fishery culture could affect the occurence of phenotypic plasticity of Daphnia species in eutrophic lakes. Using the technology of transcriptome sequencing, real-time fluorescence quantitative PCR and molecular markers (16S DNA，COⅠ and microsatellite), the mechanisms on ecological adaptation and molecular evolution of phenotypic plasticity of Daphnia species in eutrophic lakes located in the middle and lower reaches of the Yangtze River were investigated. Combined with the resting-eggs of Daphnia species stored in lake sediments, we discussed that the ecological adaptation mechanism and long-term molecular evolution laws of the formation of Daphnia phenotypic plasticity in response to the process of lake eutrophication, through revealing the differences of morphology, life history traits and the expression of candidate genes in Daphnia between ancestral populations and modern populations. In order to reveal the mechanisms on ecological adaptation and molecular evolution of phenotypic plasticity of Daphnia species in eutrophic lakes, we studied the effects of fish kairomones, microcystins and their combination on the morphology, life history traits and candidate genes of Daphnia species. We further discussed species diversity of Daphnia and the possibility of speciation according to the analysis on genetic structure of Daphnia in different eutrophic lakes located in the middle and lower reaches of the Yangtze River. Our results will provide the theory evidence to the fitness of species in response to environmental selection and species evolutionary mechanism in the process of lake eutrophication.

人类活动加剧导致了湖泊富营养化的加剧，蓝藻水华和渔业养殖影响富营养湖泊中溞属种类表型可塑性的发生。运用转录组测序、荧光定量PCR和分子标记技术，研究长江中下游地区富营养湖泊中溞属种类表型可塑性的生态适应及其分子进化机制。结合湖泊沉积层保存的溞属种类休眠卵，通过揭示历史种群与现代种群的形态、生活史特征及相关候选基因表达的差异，探讨溞属种类响应富营养化进程中形成的表型可塑性的生态适应机制和长期的分子进化规律；通过开展鱼类信息素、藻毒素及其共同作用对溞属种类的形态、生活史特征及相关候选基因表达的影响研究，揭示长江中下游地区富营养湖泊中影响溞属表型可塑性的生态适应及其分子进化机制；通过不同湖泊溞属种类的遗传结构分析，进一步探讨长江中下游地区富营养湖泊中溞属种类的物种多样性和物种形成的可能性。本研究结果将为在湖泊富营养化进程中探讨物种对环境选择的适合度及物种进化规律提供理论依据。

. 湖泊富营养化和气候变暖，导致了湖泊蓝藻水华的大量暴发，蓝藻水华和鱼类捕食诱导了溞属种类表型可塑性的发生。运用转录组测序、荧光定量PCR和RNA干扰等技术，研究了湖泊溞属种类表型可塑性的生态适应及其分子进化机制，取得了以下成果：. （1）已调查的湖泊中，发现了3个溞属种类，即中华拟同形溞、盔形溞和蚤状溞，不同湖泊的种类、季节分布和密度差异明显。与2002-2003年相比，2020-2021年巢湖溞属种类较低的密度与自2020年1月以来实行全湖渔业禁捕、导致捕食压力增加有关。来自三个湖泊的盔形溞形态和生活史参数具有种群间和克隆间的差异性。（2）实验表明，溞属种类能够通过其形态和生殖的权衡响应鱼类信息素或铜绿微囊藻的影响；不同形态铜绿微囊藻（单细胞和群体）下，溞属种类生长生殖的响应模式不同；长时间暴露在群体铜绿微囊藻下，种间竞争强烈抑制了小型种类盔形溞的种群增长，而增强了大型种类中华拟同形溞的种群增长。（3）鱼类信息素诱导了两个溞属种类的生殖量增加，导致中华拟同形溞壳刺变长，而铜绿微囊藻的存在却明显抑制了两个溞属种类的生长生殖，但当两者协同作用时，鱼类信息素能够缓解铜绿微囊藻对溞属种类生长生殖的抑制影响。与现代种群相比（Clones 1～3），较高浓度的铜绿微囊藻能够显著抑制两个溞属种类历史种群（Clones 4～6）的产幼溞数。此外，中华拟同形溞现代种群的产幼溞数在含鱼类信息素组明显高于历史种群。（4）在鱼类信息素诱导下，24个与盔形溞形态相关（头盔、壳刺）和19个与中华拟同形溞生殖相关的候选基因被筛选，且鱼类信息素显著增加了这些候选基因的表达水平。两个与中华拟同形溞生殖相关的未知基因（Cluster-32243和Cluster-22885）、一个与盔形溞壳刺形成相关的未知基因（Dagcut）功能被证实。同时，CYP302A1基因被证实在中华拟同形溞的蜕皮合成通路上起重要作用。此外，铜绿微囊藻显著增加了9个已知蜕皮基因在中华拟同形溞体内的表达水平。. 本研究结果将对进一步研究溞属种类表型可塑性的生态和分子机制提供重要参考和支撑。