基于环境DNA metabarcoding技术的舟山近海鱼类多样性研究

Biodiversity is of great value to human being and is an important indicator of ecosystem responding to environmental change and human activities. Zhoushan coastal area, is abundant in high fish diversity and fisheries, which is determined by traditional trawl net sampling and in need of a modern and accurate information. Environmental DNA (eDNA), characterized by low cost, high efficiency and sensitivity, is becoming more and more popular in monitoring biodiversity. Focused on Zhoushan costal area, this study intends to (1) Establish a high-quality environmental DNA extraction method; (2)Design universal primers of barcoding genes and identify accurately on fish species based on NGS (Next Generation Sequencing); (3) Explain fish diversity and the spatial-temporal distribution pattern based on seasonal investigation; (4) Establish a biomass assessment model according to eDNA concentration of Sebastiscus marmoratus in laboratory experiments with different density gradients. We expected the outputs of a universally eDNA-based evaluation scheme for estuarine fish diversity, and an explanation of fish diversity and distribution in Zhoushan coastal area. This could supply a scientific reference and technical support for an efficient resource and sustainable fisheries.

舟山海域岛屿众多，鱼类生物多样性丰富，由于传统调查手段限制，长期以来缺乏快速、有效的方法对其进行准确评估。环境DNA metabarcoding技术是一种低耗、高效、高灵敏度的物种监测新技术，近年来，已成为监测生物多样性的主要手段。本研究拟以舟山近海为研究区域，旨在：（1）建立一套针对近海河口的高质量环境DNA提取方法；（2）设计条形码基因通用引物，通过高通量测序和metabarcoding分析，进行舟山近海鱼类的准确鉴定；（3）结合渔业资源调查，明晰舟山近海鱼类多样性及其时空分布；（4）开展褐菖鲉不同密度养殖实验，建立环境DNA浓度与其生物量之间关系模型，并进行验证。本项目不仅可以建立基于环境DNA metabarcoding技术的近海鱼类生物多样性评估方案，揭示舟山海域鱼类多样性及其时空变化规律，同时可为海洋生物资源调查研究提供参考依据和技术支撑，具有重要的理论意义和应用前景。

环境DNA（environmental DNA, eDNA）技术是一种低耗、高效、高灵敏度的物种监测新技术，近年已被广泛应用于生物多样性监测研究。舟山海域岛屿众多，鱼类生物多样性丰富。在近海渔业资源衰退、物种多样性降低的大背景下，人们亟需深入了解舟山乃至浙江近海的鱼类多样性现状。本项目在优化高浊度水样eDNA获取方法、建立本地鱼类数据库、及eDNA分析验证的基础上，采用环境DNA技术对浙江近海鱼类多样性开展研究，并结合渔业资源调查进行了比较分析。研究成果不仅揭示了浙江海域鱼类多样性及其时空变化规律，同时为海洋生物资源调查研究与保护提供了重要参考。.1、在对不同孔径滤网、沉淀方式等实验分析基础上，开展了舟山近海高浊度水样eDNA获取方法的优化，建立了高质量eDNA提取方法。.2、建立了探针引物设计、标准品制备、RT-PCR扩增体系优化及数据分析标准化流程，并开展了多种重要经济物种的eDNA定性定量验证与应用研究。.3、以青岛海底世界为例，进行了eDNA metabarcoding技术验证，目标鱼种的检出率为92%。.4、初步建立了浙江近海常见鱼类及其条形码数据库，发现了浙江海域多个新纪录鱼种和入侵鱼种。通过12S metabarcording的适用性探讨，我们认为其在海洋鱼种鉴定的准确性方面有待提高。.5、浙江近海鱼类eDNA metabarcoding和拖网调查结果显示，eDNA共检测出152种鱼类，但拖网渔获物仅有75种，前者检出物种数是后者的2.03倍；eDNA检出到一些新记录种，以及热带、亚热带、冷水性及深海种类；但有14种鱼类仅为拖网渔获，eDNA并未检出；两种调查方式在定量分析结果上也存在较大差异。由此可见，eDNA调查技术虽然具有诸多优点，但存在假阴性、假阳性问题，尚无法取代传统调查方法。