西沙-环海南岛丛生盔形珊瑚和澄黄滨珊瑚群体遗传结构和连通性研究

Considering the rapid degradation of coral reefs, it is becoming increasingly important to determine the patterns and spatial scales of genetic connectivity and diversity between coral populations. Due to their codominant, multiallelic and highly polymorphic nature, microsatellite markers are generally ideal to assess factors such as levels of intraspecific genetic diversity and degree of connectivity between populations. However, it is extra difficult to extract coral-specific DNA from the endosymbiosis of corals with zooxanthellae to isolate coral-specific microsatellite loci. We will artificially bleach the scleractinian coral, Galaxea fascicularis, through elevating water temperature and obtain the released zooxanthellae to extract pure zooxanthella DNA. And the genomic DNA of the partly bleached coral-algae symbiote is enriched for microsatellites and the resulting primers are tested against pure zooxanthellae DNA templates. Using the G. fascicularis microsatellite markers and those Porites lutea's microsatellite loci we already developed, we will detect the population structures and genetic connectivities of those two dominate hermatypic coral species in Xisha and among Hainan Island, and conclude the pathway and pattern of hard coral larval dispersal within the metapopulations. And combining with the mixed reproductive modes and gene flow in two coral metapopulations, we may find out the causes of genetic differentiations of those two hard coral. Those studies above will improve our knowledge of coral's ecosystem function, which is critical in the recovery of the degraded and depleted reefs of Hainan Island.

在全球珊瑚礁生态系统快速衰退的背景下，为制定科学的珊瑚礁保护和恢复的管理对策，研究造礁石珊瑚的种内遗传多样性水平和种群间遗传连通性强度是至关重要的。通常，呈共显性和高度多态性的微卫星标记是研究生物群体遗传结构最有力的工具。但由于造礁石珊瑚与虫黄藻内共生的特性，获取纯的珊瑚DNA分离微卫星位点非常困难。本项目拟通过人工升温白化丛生盔形珊瑚获取虫黄藻，提取纯的虫黄藻DNA。用白化处理的珊瑚共生体DNA富集和开发微卫星标记，再用虫黄藻DNA甄别出虫黄藻的微卫星标记。利用丛生盔形珊瑚和澄黄滨珊瑚（我们已开发）的微卫星标记，检测西沙-环海南岛区域中这两个造礁石珊瑚优势种的群体遗传结构和遗传连通性，揭示该区域石珊瑚幼虫的扩散路径和模式。进一步结合两种石珊瑚的混合繁殖模式及其集合种群的基因流，分析两种石珊瑚群体遗传分化的成因。为海南岛的珊瑚礁保护和恢复策略的制定提供理论依据。

在全球珊瑚礁生态系统急速衰退的背景下，建立科学和高效的珊瑚礁保护和恢复策略至关重要。目前通过造礁珊瑚群体遗传分化和连通性分析获取的造礁珊瑚有性繁殖幼虫的迁移规律，据此规划珊瑚保护区网络被证明是有效的途径之一。本项目通过建立造礁珊瑚共生虫黄藻的体外培养体系获取纯的其纯的虫黄藻DNA。用人工温和白化处理的珊瑚共生体 DNA 经选择性杂交策略富集和开发微卫星标记，再以虫黄藻 DNA 甄别和剔除其中属于虫黄藻的微卫星标记，解决了造礁珊瑚微卫星标记开发中的关键难题，并分别开发确认了10个丛生盔形珊瑚和20个澄黄滨珊瑚的微卫星标记。以此分析了西沙和环海南岛这两种造礁石珊瑚优势种12/14个地理群体的遗传结构和遗传连通性。结果表明，海南岛东部两种珊瑚群体的遗传同质性个体比例高，可能由台风或人类爆破活动造成；东北部群体自由交配特征礁明显，而西、南部群体近交特征显著。相较于海南岛周围群体，西沙永兴群体是唯一显示瓶颈效应的群体，其等位基因数（丰度）显著低于海南岛群体，在海南岛周围群体中，东、北部群体的遗传多样性较高，西南部较低。西沙永兴群体与海南岛周围群体间存在较大的遗传分化，而南部群体与北部群体间的遗传分化均较小，显示琼州海峡和南部区域是造礁珊瑚幼虫成功迁移比较活跃的区域。结合主要造礁珊瑚繁殖季节4月-8月海南周围海区的海流，推测造礁珊瑚基因流的迁移自西沙群岛至海南岛东南部，然后随海南岛东南沿岸流分别向西至海南岛西侧，向北达木栏湾并经琼州海峡与海南岛西部珊瑚形成相互基因交流。在完成计划研究内容外，我们还探索了丛生盔形珊瑚的不同形态型及其环境适应性差异，高温胁迫下其转录组的差异表达及其内共生虫黄藻群落结构的变化。为进一步发掘高温白化抗性的关键基因及信号通路，揭示其适应环境变化的分子机理打下了基础。本研究为制定科学有效的珊瑚礁保护和恢复策略提供了理论基础。