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长江鱼有了“身份证”

来源:《中国科学报》2019-12-10 09:56

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  随着2020年脚步的临近,“十年禁渔”也在抓紧推行,为长江渔业资源的可持续利用创造条件。作为我国“淡水鱼类的摇篮”,长江渔业资源包含鱼类约400余种,鱼类产量占我国淡水鱼类产量的70%左右,是渔业发展的重要支撑。

  长江沿岸蓬勃的经济发展和人类活动,却给渔业资源带来了巨大创伤,鱼类种群不断减少,部分鱼类甚至就此消失。科学家们意识到,对长江鱼类进行全面的“摸底”已刻不容缓。

  在长江大保护的背景下,中国科学院水生生物研究所(以下简称水生所)研究员何舜平课题组与多家单位合作,利用10多年来采集到的长江鱼类样品,首次对长江流域鱼类进行了全面的多样性评估,并建立了长江鱼类条形码数据库,让长江鱼也有了“身份证”。

  急需对多样性“摸底”

  作为世界三大河流之一,长江源于青藏高原,同时也是亚洲第一长河,流经西藏、云南、四川和其他七个省份,全长6300多公里。“长江流域面积广阔,地形地貌复杂,根据海拔、地形和水文特征,分为上游、中游、下游和河口段,其中上游的独特环境造就了众多特有鱼类物种。”何舜平在接受《中国科学报》采访时介绍。

  长江上游是我国天然的淡水鱼类种质资源基因库,鱼类种类繁多、资源丰富,共有261种,其中特有鱼类107种。在这些特有鱼类中,最多的是鲤形目种类,共93种,占特有鱼类总数的86.92%,因而其在长江上游特有鱼类中具有非常重要的地位。

  “裂腹鱼、高原鳅和鮡科鱼这三大高原鱼类是上游珍稀特有鱼类的重要组成部分。”论文第一作者、水生所博士生沈彦君告诉《中国科学报》。

  近几十年来,水环境污染、水利工程兴修以及过度捕捞等因素导致生物栖息地不同程度地破坏,人类对资源的开发和利用远远超过其再生能力以及环境的容纳量,使得我国淡水鱼类资源受到严重威胁,鱼类种群数量急剧下降,部分鱼类甚至濒临灭绝。

  “今天还能发现的鱼类,可能明天就消失了,所以要尽快完成对长江鱼类资源多样性的‘摸底’,并建立相关的物种信息数据库。”沈彦君说。

  为响应国家“五位一体”建设和落实长江大保护战略,急需快速获取鱼类的基因信息,建立全面准确的基因序列数据库,这对物种多样性和遗传多样性保护至关重要。

  随着科技的进步,分类方法不断完善和提高。不过,由于鱼类遗传变异性等特征,传统分类学方法在鱼类物种鉴定上相对比较困难。“长江流域鱼类资源的多样性评估需要更合理、更有效的分子鉴定体系。”何舜平表示。

  因此,科研人员瞄准了一种新型物种鉴定手段——DNA条形码技术,该技术具有快速、高效、准确的优势,在食品安全、海关检疫、疾病防控、生态环境和生物多样性保护等领域扮演重要角色,得到广泛应用。

  快速鉴定,提高效率

  这项研究的难点在于样品的采集。十多年来,水生所一直在开展长江鱼类样品采集工作。何舜平和他的团队几乎走遍了长江流域沿岸的土地,样品采集工作尤为艰辛。

  “特别是对于上游的样品采集十分困难,上游地形复杂,多峡谷、支流等,有些地方人迹罕至,特殊的气候条件和地理环境让我们经常遇到暴雨、山洪等。”沈彦君回忆道。他们在各个地点使用各种工具捕获标本,对爬鳅等喜欢生活在激流中石头下的鱼类,科研人员往往要拿网趴在水底才能捕获。

  收集到鱼类样品后,研究团队对这些样品做了DNA条形码测序。DNA条形码技术简单易操作,能够快速解决物种鉴定的“分类障碍”问题,大大提高工作效率。

  DNA条形码研究的主要目的是对样本进行快速有效区分。“此次研究,我们共收集长江鱼类2830条条形码序列,涉及16目、40科、135属、238种。通过构建DNA条形码参考数据库,首次对长江流域鱼类进行了全面的分子评估,涉及的物种约为目前长江已知物种的64.2%,几乎包含大家所知的鱼类,其中30%的河口鱼类多数处在支流位置,分布窄、种类少。”何舜平说,82%的鱼类物种能够有效鉴定到物种水平。

  科研人员发现,鱼类的物种分化过程与青藏高原的隆升有直接的关系,裂腹鱼、高原鳅和鮡科鱼这三大高原鱼类复杂的形成及分化机制导致不同物种间存在共享单倍型,部分同属物种可能由于局部适应的趋同进化也存在共享单倍型,但通过条形码技术仍能够将这些物种很好地鉴定到科和属的水平。

  “我们还发现,长江鱼类条形码生物多样性高于形态多样性,部分物种存在较高的隐存多样性。”沈彦君说。

  “身份证”的重要性

  每种鱼类的DNA条形码都是不一样的,就好像我们的“身份证”一样独一无二。DNA条形码的神奇之处在于,当鱼类在某水域活动时,水中会留下该鱼类的DNA,我们如果能获得这些DNA与现有DNA条形码参考数据库比对,就可以知道这片水域生活着哪种长江鱼类。

  “因此,我们构建的DNA条形码参考数据库能够为今后的长江鱼类多样性调查、资源保护和监管提供有力帮助。”何舜平表示。

  据了解,长江刀鱼从过去最高产4142吨下降到年均不足100吨,青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼这“四大家鱼”与上世纪50年代相比,种苗发生量下降了90%以上,其他鱼类资源量也在大幅萎缩。

  “通过我们的研究成果,搞育种的科研工作者可以去筛选适宜品种,确定哪些鱼类的人工繁育和养殖更有发展前景和经济价值,对人工增殖放流也有一定的参考意义。”沈彦君表示。

  为了保护长江水生生物资源,此前,多部委联合印发《长江流域重点水域禁捕和建立补偿制度实施方案》,规定“2020年底以前,完成长江干流和重要支流除保护区以外水域的渔民退捕,暂定实行10年禁捕”,这一空前严格的长江“十年禁渔”措施正在积极推进。

  沈彦君介绍,十年禁渔让鱼类有喘息的机会,可以继续繁衍生息,现在我们有了长江鱼类的DNA条形码参考数据库和遗传多样性资料,在十年后,通过与现有研究数据进行对比,看看鱼的种类有没有增加或者减少、生物多样性有没有得到恢复,这个意义十分重大。

  基础研究才是创新的源泉。“对于这个DNA条形码参考数据库,我们还会尽量去补充和完善,让它发挥更重要的作用。”何舜平说,除了长江鱼类DNA条形码之外,他们还在推进黄河和珠江流域的鱼类DNA条形码计划,最终覆盖我国所有流域。目前,他们已经在科技部的支持下,完成了中国水产品DNA条形码数据的收集。(张晴丹)

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