极危物种中华凤头燕鸥的保护遗传学研究

The Chinese Crested Tern (Thalasseus bernsteini) is a poorly known and critically endangered species. Traditional breeding areas include Shandong and Fujian coast. Currently there are only two breeding colonies existing off Zhejiang and Fujian coast. All their nests were found mixed in big colonies of the Greater Crested Terns（T. bergii）. We began to understand this species through studies on reproductive ecology and population monitoring, but its endangered mechanism remains unknown. Conservation genetics is not only an important tool of understanding and conservation of endangered species, also the major part of conservation biology. This project intends to use techniques of neutral molecular markers, such as Mitochondria and microsatellite (SSR), and recently developed genomics and bioinformatics to explore the Chinese crested tern in speciation and population history, to analyze its population genetic structure and genetic diversity, to estimate its effective population size, to assess the inbreeding, introgression and hybridization threats between the Chinese Crested Tern and Greater Crested Terns etc. The results, on the one hand, will be very helpful to making the conservation plan for this critically endangered species, on the other hand, will make contributions to seabird biology and conservation biology in theory and methodology as well.

中华凤头燕鸥（Thalasseus bernsteini），原名黑嘴端凤头燕鸥，属极危物种,长期以来缺乏研究。原有繁殖区域包括山东和福建沿海，目前仅在浙江和福建外海存在两个繁殖种群，且均混在同属的大凤头燕鸥（T. bergii）群中繁殖。通过繁殖生态研究和种群监测，我们对该物种有了初步认识，但对其濒危机制依然缺乏了解，实施有效保护依然面临许多困境。开展保护遗传学研究是实施濒危物种保护的重要手段，也是保护生物学的主要内容。本项目拟采用线粒体和微卫星(SSR)等中性分子标记、基因组学和生物信息学的方法探究中华凤头燕鸥的物种形成和分化模式，分析种群遗传结构和遗传多样性，估测有效种群大小，推断种群历史，探寻种群瓶颈效应，界定中华凤头燕鸥和大凤头燕鸥的分群关系，评估两者的近交、渐渗和杂交威胁等。其成果将为中华凤头燕鸥这一濒危物种的拯救和保护提供直接的依据，同时丰富海鸟保护生物学的理论和方法。

中华凤头燕鸥（Thalasseus bernsteini），被IUCN 列为极危物种，全球数量不足100只，已知繁殖点集中在中国东部沿海的五个岛屿。对于其遗传多样性和濒危机制了解的缺乏，不利于有针对性开展科学有效的保护。本项目通过对中华凤头燕鸥和姐妹种大凤头燕鸥的线粒体序列，相关基因以及基因组进行测序，对中华凤头燕鸥的遗传学基础进行了系统分析，基本厘清了其遗传学信息及濒危机制等科学问题，为科学保护提供了重要依据。. 本项目首次使用分子遗传学手段揭示中华凤头燕鸥的系统分类地位。结果表明中华凤头燕鸥和大凤头燕鸥具有最近的共同祖先，大约在0.75百万年前分化。线粒体和性染色体基因的分析结果，证明了两者确实发生了杂交。为全面揭示中华凤头燕鸥的濒危水平，首次使用了从头测序的方法对中华凤头燕鸥和大凤头燕鸥的基因组进行了组装和注释，对6个中华凤头燕鸥、10个大凤头燕鸥的重测序数据进行基因组学分析。结果表明，中华凤头燕鸥在全基因组水平上表现出较低的遗传多样性和较高的近亲繁殖水平。遗传多样性与大凤头燕鸥无显著差异，但近亲繁殖水平高于大凤头燕鸥。根据基因组中的纯合片段（ROHs）的长度比推测两者很可能都经历了古代近亲繁殖事件。. 进一步对其种群结构和种群历史分析表明，中华凤头燕鸥与大凤头燕鸥遗传分化明显（FST =0.196）。基于溯祖理论的PSMC模型模拟表明，中华凤头燕鸥与大凤头燕鸥在过去几百万年间都经历了两次种群扩张和两次瓶颈效应，其有效种群大小的变化趋势与气候波动的趋势相符，推测两者在古代的种群历史动态主要是由气候驱动的。而且，中华凤头燕鸥在近一万年来可能还经历了严重的瓶颈事件，使得种群数量减少至现今的低水平，造成了遗传多样性下降。而基于ABBA-BABA 的检测分析也证实了在基因组水平上，中华凤头燕鸥与大凤头燕鸥之间存在基因渐渗。. 上述结果说明，在种群监测和栖息地恢复的的基础上，恢复和维持中华凤头燕鸥的遗传多样性水平，降低近亲繁殖，避免近交衰退，增强其进化潜力，对于该珍稀物种的保护同样重要。