水电工程对长江鱼类造成的遗传效应研究-以鲢、鳙为例

The Yangtze River basin is the most significant area for preserving fish biodiversity in China. Due to construction of hydropower projects in the upper Yangtze River, the fishery resources declined drastically during the last three decades and some endemic fish is under extinction. However, the study of the genetic effects of hydropower projects on fish is still scarce, so it is very difficult to evaluate the long-term ecological effects of hydropower projects with the genetic perspective. Silver and bighead carp, as semi-migratory fish with important economic value, which could adapt to the changing environments quickly are the ideal models to study the genetic effects of hydropower projects on fish. In the present project, we will employ the methods of population genetics and genomics to conduct the following studies：1) Using microsatellite DNA markers and RAD sequencing, we want to understand clearly the genetic diversity and structure of silver and bighead carp in the Yangtze River system, especially the genetic differences between before and after the completion of hydropower projects. The possibility of hybridization between the two species will also be investigated. 2) Through transcriptomic sequencing, we expect to investigate the differential expression genes and to clarify the evolutionary mechanism adapting to changing environments. Based on the above research results, the genetic effects of hydropower projects on fish in the Yangtze River will be preliminarily clarified, and it also will be useful as genetic tool to evaluate the ecological effects of hydropower projects in the future.

长江流域是我国鱼类生物多样性最丰富的地区。长江上游地区的水电开发造成生境破碎化，改变了河流水文节律，已成为鱼类濒危与生物多样性降低的首要原因。然而，目前水电工程对鱼类造成的遗传效应研究匮乏，因此无法从遗传学视角评估水电工程对鱼类的长期生态学效应。鲢、鳙作为一种半洄游型的重要经济鱼类，能快速适应生境变迁，是开展水电工程对鱼类造成的遗传效应研究的理想对象。本项目将以鲢、鳙为研究对象，采用群体遗传学、基因组学等技术手段，开展水电工程对长江鱼类造成的遗传效应研究：1）利用微卫星DNA标记与基因组RAD测序方法，开展鲢、鳙群体遗传学研究，揭示水电开发前后遗传多样性变化程度以及是否存在自然杂交；2）利用转录组测序方法，比较不同生境下鲢、鳙的基因表达差异，探讨其适应性进化机理。基于上述研究结果，全面评估水电工程对鱼类造成的遗传效应，从鱼类遗传学研究角度评估水电工程建设产生的累积生态学效应提供技术支撑。

长江流域是我国鱼类生物多样性最丰富的地区。长江上游地区的水电开发造成生境破碎化，改变了河流水文节律，已成为鱼类濒危与生物多样性降低的首要原因。然而，目前水电工程对鱼类造成的遗传效应研究匮乏，因此无法从遗传学视角评估水电工程对鱼类的长期生态学效应。鲢、鳙作为一种半洄游型的重要经济鱼类，能快速适应生境变迁，是开展水电工程对鱼类造成的遗传效应研究的理想对象。. 本项目以鲢、鳙为研究对象，采用群体遗传学、基因组学等技术手段，开展水电工程对长江鱼类造成的遗传效应研究，取得了如下结果：.（1）从长江流域干流江段及其附属湖泊、黑龙江流域、国家级原种场、美国密西西比河流域共采集了鲢样品1151个、鳙样本955个。（2）通过线粒体D-loop测序研究了长江流域鲢、鳙遗传多样性，结果表明鲢的遗传多样性水平明显高于鳙，鲢群体间存在明显的遗传差异；而鳙的遗传多样性水平整体较低，群体间不存在明显的遗传分化。此外，长江流域遗传多样性水平要高于黑龙江流域的鲢、鳙。（3）利用鲢、鳙物种特异的微卫星标记，没有在长江流域发现鲢鳙存在杂交个体，而在黑龙江流域发现了鲢鳙杂交个体。（4）利用微卫星DNA标记分析了长江流域鲢、鳙遗传多样性，结果表明鲢群体具有较高的遗传多样性，鲢群体间存在微弱遗传分化；鲢群体也具有较高的遗传多样性，但比鲢的遗传多样性水平低，鳙群体间也存在微弱遗传分化。（5）利用全基因组RAD测序分析技术，获得鲢、鳙大量的多态SNP 标记；长江流域流域鲢、鳙群体均具有较高的基因组水平的遗传多样性。（6）通过转录组测序分析，发现长江干流以及长江下游附属湖泊的鲢、鳙群体间的基因表达差异不明显，而长江干流与附属湖泊间的鲢鳙相同组织的基因表达水平有一定差异。. 上述结果初步表明鲢、鳙不同地理群体间的遗传差异并不是由于水电工程阻隔而造成的，相较而言，其他人类活动如增殖放流、水体污染可能对鲢鳙遗传多样性的影响较大，这也可能是在较小的时间尺度内（<40年）水利水电工程开发尚未对长江流域鲢、鳙的遗传特性造成明显的影响。