重要经济海藻羊栖菜的多样性时空变动格局及影响机制研究

Climate changes generated considerable impacts on the coastal intertidal habitats and have greatly influenced the tempo-spatial adaptive evolutionary dynamics and biodiversity gradient of marine flora in the Northern Hemisphere. In the marine realm, evidence suggests that latitudinal range shifts, involving both spatial expansions and trailing-edge contractions, may represent a common response to climatic changes. In this project, we focus on the commercially important brown macroalga Sargassum fusiforme in Asia-Northwest Pacific, through approaching the combined analyses of coalescent population genetics, phylogeography and geographic information system (GIS)-based ecological niche modeling. Our main objectives are as follows: 1) comprehensively investigate the distribution patterns of genetic variation of Sargassum fusiforme in the Asia-Northwest Pacific, and then reveal the deep tempo-spatial profiles of genetic affinity and evolutionary processes based on the integration of genetic, ecological, geographical and climatic data sets; 2) explore the potential influential mechanisms of sea surface temperature, oceanic circulation and b on geographic distribution of Sargassum fusiforme, and predicate the future distribution. The implement of this project can provide significant theoretical and practical insights for discovery and conservation of genetically important marine biological resources, and even monitoring coastal environmental ecosystems.

全球气候变化造成了海岸带栖息环境的急剧改变，对北半球海洋植物区系的形成和演化产生了重要影响。大型藻类作为潮间带生态系统的主要建群种，其分布范围的变动将影响与之关联的生物，因此探究其种群动态变化将为潮间带生物多样性保护提供重要参考。本项目以亚洲-西北太平洋的重要经济海藻羊栖菜为研究对象，采用进化遗传学、分子谱系地理学和基于地理信息系统（GIS）模拟的多学科分析方法，研究包括：1）解析羊栖菜种群的遗传多样性时空分布和变动模式，揭示其在全球气候变化背景下的种群演化历史和动力学过程；2）探讨海水表面温度（SST）、海流及羊栖菜迁移能力等因素对羊栖菜地理分布和多样性变动的影响，并预测羊栖菜种群未来的分布区域。本项目的实施既可丰富海洋生物的进化地理学理论，又能为重要海藻资源的管理与保护提供科学依据。

探究气候变化对潮间带生态系统组成及结构的影响是生物多样性保护研究中的重要内容。马尾藻属（Sargassum）物种是我国礁石岸线常见大型海藻，也是潮间带生态系统的重要建群种，对近岸生态系统的组成及功能具有重要的影响。本项目中，我们利用群体遗传学，进化生物学和生态位模拟的方法，对中国沿岸羊栖菜（Sargassum fusiforme）和铜藻（Sargassum horneri）的多样性分布的时空变动及未来分布趋势进行了解析。我们采集了中国、日本及韩国沿岸的羊栖菜种群，利用多维分子标记，发现羊栖菜种群具有明显的地域分化。显著的遗传分化表明羊栖菜种群曾经历长期的历史隔离，这与冰期海平面下降，海岸带藻类隔离分布相吻合，因此推测冰期隔离是塑造西北太平洋沿岸羊栖菜遗传结构的主要因素。铜藻是近年来在黄海海域爆发金潮的关键种，因此为探究漂浮群体的来源及对底栖铜藻群体的影响，我们利用亲缘地理学的研究方法，对我国近海海域的漂浮及底栖铜藻种群展开研究。结果表明铜藻在我国应分为两大谱系，分别对应渤海/北黄海种群和南黄海/东海种群。两谱系间的基因交流方向主要为从北向南，而反向的基因流非常弱。因此铜藻通过漂浮的藻殖段介导的远距离群体间基因交流的能力较弱。此外，漂浮群体的优势基因型在底栖群体中并未出现，说明我国近岸的漂浮铜藻可能有其它潜在的贡献种群。为研究气候变暖对沿岸海藻种群分布区域的影响，我们利用生态位模型对西北太平洋沿岸这两种海藻的适生区进行预测。发现在未来高CO2排放模式（RCP 8.5）下，这两种海藻将丧失现今大部分的适生区，且适生区南界有明显北移的趋势；而在低CO2排放模式（RCP 2.6）下，其适生区的面积及南界没有明显变化。说明气候变暖将显著影响西北太平洋暖温带海藻的分布范围，并进而会影响其所在生态系统的稳定性。