中国日本三角涡虫种群遗传结构及谱系地理研究

Dugesia japonica is the model organism for studies on planarian regeneration and development in the world. This species has wide distribution and large population numbers in China. Due to its low dispersal ability, D. japonica is also an ideal model for population genetic and phylogeographic studies. At present, researches on planarian in China, except taxonomy, mainly focus on regeneration, development, stem cells and toxicology with D. japonica as the experimental animal, while population genetics, phylogeography and conservation biology of planarians are still blank. Microsatellite DNA (SSR) and mitochondria molecular markers are important tools for investigating population genetic and phylogeographical questions. Based on these markers, this project aims to disclose the population genetic structure, phylogeographical pattern, migration routes of D. japonica in China, and to explore the mechanisms underlying these patterns. This study will provide scientific guidelines for conservation of D. japonica.

日本三角涡虫是世界上涡虫再生与发育研究的模式生物，也是我国分布广，数量多的淡水涡虫物种。该物种扩散能力弱，是种群遗传学及谱系地理学研究的理想模型。目前，我国的涡虫研究除了分类领域之外，均是以日本三角涡虫为实验动物开展再生、发育、干细胞、毒理等方面的工作，而涡虫种群遗传、谱系地理及保护生物学方面的工作尚属空白。微卫星DNA（SSR）和线粒体分子标记是研究种群遗传、谱系地理格局及迁移扩散规律的重要手段。本项目拟基于微卫星和线粒体分子标记，揭示日本三角涡虫在我国的种群遗传结构和谱系地理格局，探讨不同地理种群的遗传多样性、遗传分化、现今地理格局的形成原因、可能的起源和迁移扩散路线，以期为该物种的资源保护提供科学指导。

日本三角涡虫是世界上涡虫再生与发育研究的模式生物，也是我国分布广，数量多的淡水涡虫物种。该物种扩散能力弱，是种群遗传学及谱系地理学研究的理想模型。目前，我国的涡虫研究除了分类领域之外，均是以日本三角涡虫为实验动物开展再生、发育、毒理等方面的工作，而涡虫种群遗传、谱系地理及保护生物学方面的工作尚属空白。. 本项目利用线粒体基因COI、Cytb及核基因ITS-1等分子标记从种群遗传学及谱系地理学两个层面研究了：1）日本三角涡虫基于COI基因的种群遗传多样性、遗传结构及种群历史动态；2）太行山区日本三角涡虫基于线粒体基因及核基因的种群遗传结构及谱系地理；3）河南四大山系日本三角涡虫基于线粒体基因及核基因的种群遗传结构及谱系地理。此外，借助生化及分子生物学技术以及生物信息学技术也对日本三角涡虫进行了生态毒理学相关研究。. 研究结果表明：太行山区以及河南四大山系日本三角涡虫种群无论是基于单基因还是基于线粒体基因和核基因联合序列的遗传多样性分析均呈现出迁移物种典型的高Hd低π模式。分子变异分析结果及较高的成对Fst值提示日本三角涡虫群体的遗传分化非常明显。特殊地形的隔离效应以及底栖淡水涡虫弱的扩散能力可能是造成这些地区日本三角涡虫遗传分化显著的主要原因。尽管单倍型网络图揭示了与系统发育分析一致的遗传结构，但各单倍型并没有按照地理分布形成明显的支系，而是各个种群的单倍型都相互散布在不同的地理种群中，没有形成明显的谱系地理格局。正的中性检验结果以及呈多峰状的错配分布图均说明太行山区以及河南四大山系日本三角涡虫很可能正经历种群衰退。此外，日本三角涡虫生态毒理学研究结果提示：草甘膦及离子液体等工农业产生的环境污染物对淡水涡虫有生理生化及分子毒性，从而会一定程度上影响其生存。因此，应该采取相应措施以加强对日本三角涡虫种群的保护。我们希望这些发现能激发人们对淡水涡虫的保护，从而保护物种多样性。. 本项目研究结果不仅揭示了日本三角涡虫在我国的种群遗传结构和谱系地理格局，探讨了不同地理种群的遗传多样性、遗传分化、种群动态及现今地理分布格局的成因，为日本三角涡虫的资源保护提供科学指导，同时也填补了我国涡虫种群遗传及谱系地理学研究领域的空白，丰富了日本三角涡虫这种涡虫研究模式动物的研究内容。