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冰岛北部海域北方长额虾(Pandalus borealis)近海与远洋种群遗传分层及其渔业管理启示
《BMC Ecology and Evolution》:Population stratification in Northern shrimp (Pandalus borealis) off Iceland evident from RADseq analysis
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年04月12日 来源:BMC Ecology and Evolution 2.3
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编辑推荐:本研究通过RADseq技术解析冰岛Skjalfandi湾北方长额虾种群遗传结构,发现近海与远洋种群存在显著遗传分化(FST=0.027)但存在单向基因流,揭示现行渔业管理分界线与生物实际不符,为甲壳类海洋资源保护提供基因组学依据。
在北大西洋寒冷的深海中,一种名为北方长额虾(Pandalus borealis)的甲壳动物正演绎着独特的生命故事。这种具有雌雄同体特性的物种,不仅在冰岛海域支撑着自1936年延续至今的重要渔业,更因其近海与远洋种群在性别转换体长上的显著差异(远洋个体比近海长28%),成为科学家探索海洋生物适应性进化的理想模型。然而,1999年Skjalfandi湾近海种群崩溃后实施的捕捞禁令,其管理边界仅依据政治划界而非生物学事实,这个长达20余年的管理困境背后,隐藏着关于种群连通性与环境适应的科学谜题。
冰岛海洋与淡水研究所联合雷克雅未克大学等机构的研究团队,在《BMC Ecology and Evolution》发表的研究中,通过新一代测序技术揭开了这一谜底。研究采用双酶切限制性位点关联DNA测序(ddRADseq)技术,对2018和2021年采集的96个样本进行全基因组简化代表分析,覆盖Skjalfandi湾内三个梯度站点(S1-S5)、65公里外的远洋站点(OS)以及西北部Arnarfjorour湾(AR)对照点。通过Stacks v.2.0b进行SNP calling,经严格过滤后保留2,364个高质量位点,结合SMARTPCA、ADMIXTURE等分析工具,首次在基因组尺度揭示了该物种的种群动态。
形态学分析验证了历史观测现象:通过广义线性模型(GLM)拟合显示,远洋站点(OS)个体性别转换体长(L<sub)显著大于近海站点(t=21.96, p<2.2×10-16)。这种表型差异在基因组层面得到解释——ADMIXTURE分析显示K=2时交叉验证误差最低,将OS站点与其他站点明确区分,但所有近海站点均检测到8-42%的远洋基因渗入。值得注意的是,现行管理分界线内的S1站点发现一个完全远洋基因型个体,而分界线外的S5站点个体却呈现混合 ancestry。
种群遗传学参数揭示微妙平衡:虽然近海-远洋间FST值达0.025-0.045(p<0.001),但Mantel检验未发现距离隔离效应(r=0.589, p=0.133)。PCAdapt和Bayescan联合鉴定出9个平衡选择信号位点,其频率变化55%可由底层水温解释(冗余分析),其中5个位点呈现负的FIS值(如X34675_43位点FIS</sub0.189),暗示杂合子优势可能维持了温度适应性变异。
该研究颠覆了传统管理假设:1) 遗传定义的"近海种群"实际分布远超当前禁捕边界;2) 冬季北极流驱动的单向基因流形成"遗传救援"机制;3) 温度敏感位点的平衡选择可能是表型差异的遗传基础。这些发现不仅为解释甲壳类性别可塑性提供了新视角,更警示静态管理边界难以适应海洋生物的动态分布。研究者建议采用基于基因组监测的适应性管理,这对正经历快速气候变化的北大西洋渔业具有普适性启示。
研究团队特别指出,RADseq技术虽可能遗漏局部适应性基因组区域,但已足够揭示宏观种群结构。未来长读长测序或可解析性别转换基因网络。这项研究也开创了冰岛海洋生物"陆架-深海"生态梯度研究的范式,其方法论对解决类似渔业争议具有重要参考价值。
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