长江中下游浅水湖泊溞属枝角类休眠卵的遗传多样性及其优势种的种群遗传结构对水环境的响应机制

Most of lakes are subtrapical and shallow in the middle and lower reaches of Yangtze River. They have obviously seasonal variations in water environments. The species diversity of Daphnia are abundant in these lakes. Using molecular markers of mitochondrial DNA（such as 12S rDNA、16S rDNA、COI）and nuclear DNA (such as ITS2), genetic diversity of Daphnia resting eggs in the sediments of these lakes were studied, including that genetic differences of Daphnia resting eggs located in different depths of the sediments. We studied the differences of genetic structure of Daphnia species in these selected lakes. Competitive potential and individual fitness of different genotypes in Daphnia were also researched. Moreover, the change of genetic structure in males, sexual females and resting eggs of Daphnia were studied. By these works, the differences of genetic structure of Daphnia resting eggs in the sediments and genetic mechanism of the adaptation of dominant Daphnia to seasonal variations of water environment could be elucidated in shallow lakes. It is very important to further understand seasonal and historical succession of Daphnia populations in subtropical and shallow lakes. In addition, the determination of genetic diversity of Daphnia may make up the deficiency in traditional morphology classify. It will make for exact identification and classify of Daphnia species.

长江中下游地区湖泊大多属典型的亚热带浅水湖泊，水环境的季节变化明显，溞属Daphnia物种多样性较为丰富。本项目运用线粒体DNA（如12S rDNA、16S rDNA、COI）和核DNA（如ITS2）等分子标记技术，研究亚热带浅水湖泊沉积物中溞属枝角类休眠卵的遗传多样性，以及处于不同深度的沉积物中溞属休眠卵的遗传分化；研究栖息于不同湖泊中溞属种类的种群遗传结构差异、不同Daphnia基因型的克隆群的竞争潜力和个体适合度；研究Daphnia雄体、两性生殖雌体及休眠卵的遗传结构的变化。从而揭示浅水湖泊沉积物中Daphnia休眠卵的遗传分化规律及优势种种群适应水环境季节变化的分子机理，这对深入理解亚热带浅水湖泊中Daphnia种群的季节演替规律及历史演变都具有十分重要的科学价值。此外，Daphnia遗传多样性的检测可以弥补其在传统形态分类上的不足，有助于Daphnia种类的准确鉴定和分类。

运用线粒体DNA（12S rDNA、16S rDNA、COⅠ）和核DNA（Microsatellite marker）等分子标记技术，研究了长江中下游湖泊沉积物中溞属休眠卵的遗传多样性和优势种群遗传结构对水环境的响应，取得以下成果：.（1）在长江中下游湖泊中，已鉴定的溞属种类有中华拟同形溞、蚤状溞和盔形溞，且溞属种类及其密度在不同湖泊间差异较大，有的湖泊没有检测到溞属种类。不管怎样，三种溞属种类的卵鞍在已调查的湖泊沉积物中均有分布。在湖泊沉积物中，溞属种类的卵鞍密度在沉积柱的中上层较高，而随着沉积柱深度的增加，溞属种类的卵鞍密度偏低或为零。这种分布特征与湖泊沉积层的营养盐含量存在一定的相关性。（2）与沉积柱下层的溞属休眠卵相比，位于沉积柱中上层（1980s）的溞属休眠卵遗传多样性指数较高，遗传分化明显。这与该地区湖泊生态系统变化和人类活动相一致。在1950年前，长江中下游湖泊的连通性较好，溞属种群间交流频繁，遗传差异小。但1950后，筑坝引起湖泊间的阻隔减少了溞属种群的基因流，遗传分化增加。地理隔离是导致3个溞属种类的遗传多样性在长江中下游地区不同湖泊间产生显著差异的重要因素。（3）巢湖中华拟同形溞和武汉南湖蚤状溞均存在季节性的遗传分化。巢湖中华拟同形溞现生种群的遗传结构明显分化为两个分支，即冬春季分支和春夏季分支。且不同月份的亚种群间的遗传分化随时间增加，Fst值逐步变大。武汉南湖蚤状溞有四个明显的进化方向，二月和三月的蚤状溞亚种群显著区别于一月和四月。（4）单倍型进化显示，巢湖沉积层中中华拟同形溞休眠卵种群有两个起源中心，且分别分布在0~6cm沉积层和6 cm～15 cm沉积层。在军山湖沉积层的5个亚种群中，0~3 cm沉积层中的中华拟同形溞种群偏离中性进化，存在瓶颈效应和种群扩张现象。（5）由于水体富营养化，多数长江中下游湖泊铜绿微囊藻水华频繁暴发。研究发现，中华拟同形溞能够通过上调体内SOD活性来增强自身对有毒铜绿微囊藻的抗逆性，且体内的不同核受体基因和Hox基因的表达对铜绿微囊藻产生不同的响应机制，甚至能够通过母体效应将亲代基因表达上调的信息传递给子代，使子代对有毒铜绿微囊藻有更强的适应能力。. 本研究揭示了溞属种类的种群遗传结构响应短期和长期环境变化（湖泊富营养化和地理隔离）的演变规律，该结果将为深入研究区域间溞属种类的遗传多样性和分子系统进化提供参考。