应用DNA复合条形码技术研究秦岭北坡水生动物多样性

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准确的物种鉴定是人类认识自然界和进行生物学研究的基础。传统的物种鉴定主要依赖于经过专业训练的分类学家,他们通过观察生物体的形态进行物种鉴定和分类。传统的物种鉴定方法存在着专业要求高、花费时间长、很难准确鉴定隐存种和有表型可塑性与遗传可变性的物种等缺陷和不足。随着分子生物学的发展,特别是DNA测序技术与PCR扩增技术的进步,诞生了DNA条形码技术和DNA复合条形码技术,二者在一定程度上弥补了传统的基于形态学方法进行物种鉴定和分类的某些缺陷。它们的主旨思想都是利用有足够变异的短DNA片段来进行快速、准确的物种鉴定。其中,DNA条形码技术对单个样品能做精确的鉴定,但是对包含多个物种的混杂样品该技术的鉴定效率比较低下。DNA复合条形码技术(Metabarcoding)是在DNA条形码的基础上结合高通量测序技术和分子分类学技术兴起的一种用于生物多样性检测的新方法,它可以对包含大量物种的混杂样品和直接取自于环境的样品进行快速准确的物种鉴定和生物多样性分析。秦岭动植物种类繁多,具有丰富的生物多样性。但目前关于秦岭北坡水生动物多样性的研究还不是很多。本研究于2014年8月到9月之间,在秦岭北坡选择了金龙峡、石砭峪、沣峪口、南五台和子午峪等五条溪谷,分上下游取得10个样本,选取CO Ⅰ基因和18S rRNA基因作为分子标记,采用DNA复合条形码的方法来研究秦岭北坡水生动物多样性的组成情况。研究的主要目的在于初步得到秦岭北坡溪谷中水生动物多样性和群落结构组成,并从上下游、人为干扰和其它因素等几个方面来探讨水生动物多样性的影响因素。通过研究,获得的主要结果如下:(1) 18S rRNA基因和CO Ⅰ基因的扩增子经高通量测序之后得到的原始序列数分别为:18S rRNA基因有1,969,984条,CO Ⅰ基因有1,037,905条;然后,原始序列经过初步质量控制、双末端拼接和嵌合体去除以后,两基因得到的优质序列数分别为:18S rRNA基因有84,4510条,CO Ⅰ基因有304,030条;最后,将优质序列进行OTU聚类和注释,两基因得到的OTU个数分别为:18S rRNA基因有2,423个,CO Ⅰ基因有2,738个。(2)区系组成分析结果显示:18S rRNA基因鉴定的水生动物类群有9门42纲52目242种;CO Ⅰ基因鉴定的水生动物类群有5门11纲36目293种;而两个基因总共鉴定的水生动物类群有10门46纲86目。(3)群落结构分析结果表明:18S rRNA基因在门水平上得到节肢动物门、软体动物门和扁形动物门的含量相对较高;CO Ⅰ基因在目水平上得到双翅目、鞘翅目、鳞翅目、柄眼目和广翅目的含量相对较高;当把两个基因联合以后,在纲水平上含量相对较多是昆虫纲、腹足纲和涡虫纲。(4)venn图和群落结构图分析表明:不管是物种丰度,还是群落结构的复杂性,以及优势物种含量,都是下游的要高于上游。(5)α多样性分析结果显示:受人类影响较大样地(沣峪口)的物种丰富度和物种多样性相对较低,而受人类影响较小样地或自然样地(石砭峪、南五台和子午峪)的物种丰富度和物种多样性相对较高。(6)聚类分析结果显示:石砭峪上下游与沣峪口上下游,金龙峡下游与南五台下游的群落结构比较相似,而南五台上游与其它样地的群落结构差异性较大。
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