分子生态学研究与动物多样性保护

分子生态学的发展揭开了生物多样性保护研究的新篇章。分子技术的应用克服了传统生态学方法中的一些难题,如野外调查周期长、分辨率有限、实验条件不易控制等。应用各种分子标记（如：RFLP 、VNTR、 RAPD、 DNA测序等）可以分析种群地理格局和异质种群动态、确定种群间的基因流、研究瓶颈效应对种群的影响以及确定个体间的亲缘关系等等。所有这些研究都是指导物种保护和濒危种群的恢复所必需的。种或品系特异性的分子标记技术能够解决形态分类中的模糊现象,确定基于遗传物质的谱系关系,还可以用来分析近缘种间杂交问题。这些问题的解决有助于确定物种优先保护顺序,选择保护地区。近年来引起重视的主要组织相容性复合体（MHC）DNA变异分析可能会在研究种群对疾病的易感性等一系列种群特异性问题方面非常有用。随着分子技术的不断发展,会有更多的保护生物学问题得到解决,尤其是结合野外调查统计数据应用多个分子标记对目标种群进行研究,所得到的结果会更精确,更有说服力。     

濒危植物元宝山冷杉的遗传多样性研究

元宝山冷杉(Abies yuanbaoshanensis)是仅分布于广西融水县元宝山的珍稀濒危物种。本研究采用AFLP分子标记分析了元宝山冷杉种群的遗传多样性。取元宝山冷杉种群43棵植株作为研究材料,4对引物组合用于AFLP扩增,共得到261条DNA扩增带。分析结果：元宝山冷杉种群的多态位点百分比率为50．96％,Nei's基因多样性为0．1510,Shannon多样性指数为0．1735。用NTSYS软件计算各个样品间的相似性系数,并用UPGMA法基于相似性系数进行了聚类分析。研究结果表明：元宝山冷杉种群的遗传多样性水平低,种群内个体间的相似性系数很大,无明显亚种群间的遗传分化。要保护或保存这个物种的遗传资源,建议应该选择种群内尽可能多的个体进行保护。     

分子标记在濒危物种保护中的应用

分子标记可揭示种群遗传和进化信息, 为制定濒危物种保护措施、指导恢复实践提供重要依据。本文主要介绍了分子标记在濒危物种保护过程不同环节中的应用, 包括: (1)正确识别保护单元, 如排除隐存种和杂交种的影响; (2)确定优先保护单元, 包括优先保护区域、优先保护物种、优先保护种群等; (3)指导迁地保护; (4)对保护工作的动态监测和评估。文章最后探讨了分子标记应用于保护的发展方向, 如开展长期的种群遗传组成监测、切实应用于保护管理实践、将基因组学等遗传信息用于全球变化背景下保护策略的制定等, 期望为分子标记技术在生物多样性保护的研究和实践中提供参考。     

集合种群与生物多样性保护

集合种群的概念受到空前的重视,其精髓是强调物种受局域和区域两个空间尺度上生态学过程的共同作用。主要介绍了集合种群概念的由来、集合种群动态理论以及集合种群理论在生物多样性保护及生物防治中一些可能的应用。     

航空航天遥感在物种多样性研究与保护中的应用

人类活动导致全球范围内生物多样性丧失日趋严重。物种多样性是研究最为深入以及最贴近生物多样性管理的层次。物种多样性的研究往往受到多时空尺度生态过程的影响, 传统物种多样性调查方法受到人力物力影响, 局限性大, 物种多样性的研究与管理亟需整合不同来源的数据。遥感技术从传统的光学遥感阶段发展到不同平台、不同维度相结合的多源遥感阶段, 并逐渐进入以高空间分辨率和高光谱为特征、以激光雷达为前沿发展方向的综合遥感阶段。遥感技术因为其监测范围广、能监测人迹罕至地区以及长期可重复等特性, 为研究不同时空尺度的生态学科学问题提供了更新更优的研究手段。本文围绕种群动态、种间关系与群落多样性、功能属性及功能多样性以及生物多样性保护管理等生物多样性研究热点问题, 系统地论述了航空航天遥感技术在物种多样性研究与保护领域的应用, 总结了航空航天遥感技术在研究与物种多样性有关的主要生态学问题中的机遇与挑战。我们认为航空航天遥感技术利用多光谱甚至高光谱与激光技术从空中监测物种多样性, 从不同视角、基于不同光源提供了物种多样性不同侧面的信息, 能够减小地面调查强度, 在大范围和边远地区的物种多样性调查研究中有着至关重要的作用。依据光谱特性的物种判别以及依据激光雷达的三维结构量测将促进生物多样性的研究与管理, 加强遥感学家和生物多样性研究者的沟通交流将有助于促进不同时空尺度的生物多样性与遥感技术的结合。     

微卫星分子标记在濒危动物保护遗传学研究中的应用

微卫星DNA广泛分布于真核生物基因组中,具有多态性高、共显性遗传、选择中性、易于操作等特点,是一种极具应用价值的分子遗传标记,近年来在濒危动物保护遗传学研究中得到越来越多的应用。微卫星DNA高度多态性提供的高分辨率遗传信启,使其不仅适合个体水平的亲子鉴定与交配系统研究,而且也已成为种群遗传结构与多样性分析的有效分子标记。微卫星分析所需的DNA量极少,用非损伤性方法获取的极少量样品或陈旧样品就能用于有效分析,方便了濒危动物野外调查工作的开展,并且可以利用年代久远的馆藏历史标本揭示种群的重要历史进程。另外,某些微卫星DNA大小在近缘物种间可相互区分,这使得部分物种的DNA分子鉴别将更为简便。但微卫星分子标记的座位筛选和特异引物开发耗时费力,一定程度上限制了其广泛应用。针对不同的研究目的选择合适的分子标记方法将有助于更好的揭示问题本质。     

相机陷阱在野生动物种群生态学中的应用

种群参数估计及空间分布格局是动物生态学和保护生物学领域的重要目标之一.最近十几年来, 相机陷阱(camera trap)作为野外调查的一种非损伤性技术手段,在传统调查方法难以实现的情况下表现出极大优势,被广泛应用于野生动物生态学和保护学研究中.相机陷阱所获取的动物出现数据为野生动物种群提供了极其重要的定量信息.本文从相机陷阱工作原理出发,主要阐述了目前在种群生态学中较为成熟的两类针对具有或不具有天然个体标志物种的模型原理及应用: 1)种群密度和种群数量估计; 2)空间占据率估计.论文特别关注了模型发展的逻辑过程、依赖的假定、使用范围、仍然存在的问题以及未来发展方向.最后, 本文综合分析了相机陷阱在种群参数估计应用中还需注意的问题, 以及其在种群动态和生物多样性研究等方面的发展潜力.     

微卫星标记在种群生物学研究中的应用

微卫星是以几个碱基 (一般为 1～ 6个 )为重复单位组成的简单的串联重复序列 ,具有丰度高、多态性高、共显性标记、选择中性、可自动检测等优点。本文着重介绍了微卫星在种群生物学研究中的应用。微卫星位点可以提供具高分辨率的遗传信息 ,这一特点使微卫星既适合于个体水平上的研究 ,又适合于种群水平上的研究。在个体水平上包括个体识别、交配系统和亲本分析、基因流等研究。微卫星是常用的个体识别手段 ,但在克隆植物遗传结构研究方面的应用还很有限 ;微卫星提高了交配系统和亲本分析、基因流等研究的准确性。在种群水平上微卫星可用于遗传结构、有效种群大小、种群的系统发育重建等研究。微卫星在很多物种 (包括珍稀物种 )的遗传结构研究中得到应用 ;利用微卫星标记确定有效种群大小、检测有效种群大小的波动可以促使我们正确理解种群遗传结构动态和种群进化过程 ;微卫星在种群的系统发育重建研究方面有很大的应用潜力。然而微卫星并不是研究所有问题的唯一选择。文中还讨论了在实际工作中应如何正确利用分子标记等问题     

闽楠天然种群遗传多样性的RAPD分析

利用RAPD分子标记分析了闽楠主要分布区江西和福建两省的8个天然种群的遗传多样性和种群遗传分化.应用12条引物从160个植株中共检测到135个位点,其中多态位点134个.RAPD数据经Lynch-Milligan矫正后利用POPGENE软件计算出种群间遗传分化系数GST为0.373;利用Shannon多样性表型指数估算出46.4%的变异存在于种群间;分子方差分析(AMOVA)亦显示种群间变异占43.3%(P<0.001).尽管遗传变异主要存在于种群内,但闽楠种群间亦存在强烈的遗传分化,这可能与闽楠种群生境片断化、地理隔离等有关.根据闽楠的遗传变异特点,建议尽可能多地保护闽楠天然种群,对遗传多样性较高的福建西芹、浦城、明溪等种群应予以重点保护,同时收集各地闽楠遗传资源进行迁地保护,并通过种群扩繁以及合理回归自然等方式扩大种群规模、增强种群间的基因流,以维持其遗传多样性水平.     

微卫星标记在大熊猫研究中的应用进展

大熊猫是我国保护最为成功、研究最为深入的珍稀动物之一,可以为其它珍稀濒危物种的保护研究工作提供参考。20世纪70年代末期借助无线电颈圈,大熊猫的生态学研究工作取得了突破性进展,近20年来微卫星标记和非损伤性遗传取样技术的联合使用,将大熊猫的保护研究工作提升到一个崭新的高度。本文在综合所有已发表大熊猫微卫星标记的基础上,梳理了微卫星标记在圈养大熊猫亲子鉴定与遗传管理,野生大熊猫个体识别与种群数量调查、遗传多样性评估、扩散和种群遗传结构研究中的应用情况,并着重介绍了其中29个重要的微卫星标记。同时指出目前微卫星标记的使用存在标记选择不统一、等位基因读数无统一规程等问题,并对应用前景进行了前瞻。     

Molecular ecology of fungal entomopathogens: molecular genetic tools and their applications in population and fate studies

The power of molecular genetic techniques to address ecological research questions has opened a distinct interdisciplinary research area collectively referred to as molecular ecology. Molecular ecology combines aspects of diverse research fields like population and evolutionary genetics, as well as biodiversity, conservation biology, behavioural ecology, or species-habitat interactions. Molecular techniques detect specific DNA sequence characteristics that are used as genetic markers to discriminate individuals or taxonomic groups, for instance in analyses of population and community structures, for elucidation of phylogenetic relationships, or for the characterization and monitoring of specific strains in the environment. Here, we summarize the PCR-based molecular techniques used in molecular ecological research on fungal entomopathogens and discuss novel techniques that may have relevance to the studies of entomopathogenic fungi in the future. We discuss the flow chart of the molecular ecology approaches and we highlight some of the critical steps involved. There are still many unresolved questions in the understanding of the ecology of fungal entomopathogens. These include population characteristics and relations of genotypes and habitats as well as host-pathogen interactions. Molecular tools can provide substantial support for ecological research and offer insight into this far inaccessible systems. Application of molecular ecology approaches will stimulate and accelerate new research in the field of entomophathogen ecology.     

分子标记方法在生态学中的应用潜力和局限

近几十年来,分子标记方法在生态学中得到了广泛的应用,并显示出重要的应用潜力,着重表现在:①目前分子标记方法主要应用在种群生态学中,在今后的研究中,它将在进化生态学,保护生态学,恢复生态学及生态系统生态学中显示出巨大的应用空间;②现有的一些分子标记方法还有更大的应用空间;③对同一研究问题,结合不同的分子标记方法可以取得更好的研究成果;④新的分子标记方法的产生,将有利于生态学的研究工作的深化和获得新的发展。同时,由于一些分子标记研究费用较高,获得的基础数据重复性较低,研究过程中涉及到一些放射性的安全性问题等都可能影响它在生态学领域的应用。因此,针对生态学不同的要求选择和优化分子标记手段是十分重要的。     

Utility of DNA barcoding to identify rare endemic vascular plant species in Trinidad

The islands of the Caribbean are considered to be a “biodiversity hotspot.” Collectively, a high level of endemism for several plant groups has been reported for this region. Biodiversity conservation should, in part, be informed by taxonomy, population status, and distribution of flora. One taxonomic impediment to species inventory and management is correct identification as conventional morphology‐based assessment is subject to several caveats. DNA barcoding can be a useful tool to quickly and accurately identify species and has the potential to prompt the discovery of new species. In this study, the ability of DNA barcoding to confirm the identities of 14 endangered endemic vascular plant species in Trinidad was assessed using three DNA barcodes (matK, rbcL, and rpoC1). Herbarium identifications were previously made for all species under study. matK, rbcL, and rpoC1 markers were successful in amplifying target regions for seven of the 14 species. rpoC1 sequences required extensive editing and were unusable. rbcL primers resulted in cleanest reads, however, matK appeared to be superior to rbcL based on a number of parameters assessed including level of DNA polymorphism in the sequences, genetic distance, reference library coverage based on BLASTN statistics, direct sequence comparisons within “best match” and “best close match” criteria, and finally, degree of clustering with moderate to strong bootstrap support (>60%) in neighbor‐joining tree‐based comparisons. The performance of both markers seemed to be species‐specific based on the parameters examined. Overall, the Trinidad sequences were accurately identified to the genus level for all endemic plant species successfully amplified and sequenced using both matK and rbcL markers. DNA barcoding can contribute to taxonomic and biodiversity research and will complement efforts to select taxa for various molecular ecology and population genetics studies.     

鹿科动物MHC的基因组学、多态性及与性状的相关性

近年来主要组织相容性复合体(MHC)基因已经成为保护遗传学和分子生态学重要的遗传标记.鹿科动物是很多生态系统中的关键物种,也包含很多重要的经济物种和濒危物种.因此,鹿科动物的MHC研究可为种群遗传结构、进化、遗传多样性和种群生存力评估、疾病风险评估、抗病力的定向选育等领域的研究提供新的视角.本文从MHC的基因组结构、多态性,与抗病、抗寄生虫的关系,与鹿角生长的关系等方面,综述了20年来鹿科动物MHC的研究成果,并为今后的研究提出了思路.     

Population identification of western hemisphere shorebirds throughout the annual cycle

Identification of relationships among geographically distinct populations of migratory species can provide an understanding of breeding and natal philopatry, migration pathways, and population mixing during winter. We used random amplified polymorphic DNA (RAPD) analyses to search for markers specific to difficult-to-differentiate shorebird species (e.g. long-billed dowitcher Limnodromus scolopaceus and short-billed dowitcher L. griseus ) as well as geographically distinct breeding populations of Hudsonian godwits Limosa haemastica , red-necked phalaropes Phalaropus lobatus , semipalmated plovers Charadrius semipalmatus , dunlin Calidris alpina , pectoral sandpipers C. melanotos , semipalmated sandpipers C. pusilla and western sandpipers C. mauri . Markers clearly differentiated all shorebird species. Estimates of population differentiation varied greatly among species ( F _ST= 0.095–0.685) and correlated with interspecific variation in philopatry and geographical separation of breeding populations. We assigned individuals to putative breeding locales with greater certainty in well-differentiated species than in poorly differentiated species. Our findings indicate specific phylogeographical structure varies among species, which has strong implications for conservation of habitats within migratory corridors. We suggest that RAPDs are useful in identifying geographical populations of migratory species and that molecular markers should be considered for tracking migratory birds throughout the annual cycle.     

中国石山叶猴生态学研究进展

喀斯特石山是一类特殊环境,生存在喀斯特石山的动物形成特殊的行为机制以适应这一特殊的环境.石山叶猴是仅分布于喀斯特石山地区的珍稀濒危灵长类动物,属疣猴亚科乌叶猴属的一个种组,包括黑叶猴(Trachypithecus francoisi)、白头叶猴(T.leucocephalus)、德氏叶猴(T.delacouri)、金头...     

Integrating terrestrial scavenging ecology into contemporary wildlife conservation and management

Scavenging plays a vital role in maintaining ecosystem health and contributing to ecological functions; however, research in this sub‐discipline of ecology is underutilized in developing and implementing wildlife conservation and management strategies. We provide an examination of the literature and recommend priorities for research where improved understanding of scavenging dynamics can facilitate the development and refinement of applied wildlife conservation and management strategies. Due to the application of scavenging research broadly within ecology, scavenging studies should be implemented for informing management decisions. In particular, a more direct link should be established between scavenging dynamics and applied management programs related to informing pharmaceutical delivery and population control through bait uptake for scavenging species, prevention of unintentional poisoning of nontarget scavenging species, the epidemiological role that scavenging species play in disease dynamics, estimating wildlife mortalities, nutrient transfer facilitated by scavenging activity, and conservation of imperiled facultative scavenging species. This commentary is intended to provide information on the paucity of data in scavenging research and present recommendations for further studies that can inform decisions in wildlife conservation and management. Additionally, we provide a framework for decision‐making when determining how to apply scavenging ecology research for management practices and policies. Due to the implications that scavenging species have on ecosystem health, and their overall global decline as a result of anthropic activities, it is imperative to advance studies in the field of scavenging ecology that can inform applied conservation and management programs.     

Extraction of DNA from captive‐sourced feces and molted feathers provides a novel method for conservation management of New Zealand kiwi (Apteryx spp.)

Although some taxa are increasing in number due to active management and predator control, the overall number of kiwi (Apteryx spp.) is declining. Kiwi are cryptic and rare, meaning current monitoring tools, such as call counts, radio telemetry, and surveys using detection dogs are labor‐intensive, yield small datasets, and require substantial resources or provide inaccurate estimates of population sizes. A noninvasive genetic approach could help the conservation effort. We optimized a panel of 23 genetic markers (22 autosomal microsatellite loci and an allosomal marker) to discriminate between all species of kiwi and major lineages within species, while simultaneously determining sex. Markers successfully amplified from both fecal and shed feather DNA samples collected in captivity. We found that DNA extraction was more efficient from shed feathers, but DNA quality was greater with feces, although this was sampling dependent. Our microsatellite panel was able to distinguish between contemporary kiwi populations and lineages and provided PI values in the range of 4.3 × 10^?5 to 2.0 × 10^?19, which in some cases were sufficient for individualization and mark–recapture studies. As such, we have tested a wide‐reaching, noninvasive molecular approach that will improve conservation management by providing better parameter estimates associated with population ecology and demographics such as abundance, growth rates, and genetic diversity.     

对我国分子生态学研究近期发展战略的一些思考

分子生态学是多学科交叉的整合性研究领域, 是运用进化生物学理论解决宏观生物学问题的科学。经过半个多世纪的发展, 本学科已日趋成熟, 它不仅已经广泛渗透到宏观生物学的众多学科领域, 而且已经成为连接和融合很多不同学科的桥梁, 是目前最具活力的研究领域之一。其研究的范畴, 从最基础的理论和方法技术, 到格局和模式的发现和描述, 到对过程和机制的深入探讨, 再到付诸于实践的行动和规划指导等各个层次。分子生态学的兴起给宏观生物学带来了若干飞跃性的变化, 使宏观生物学由传统的以观察、测量和推理为主的描述性研究转变为以从生物和种群的遗传构成的变化和历史演化背景上检验、证明科学假设及揭示机制和规律为主的机制性/解释性研究, 因而使得对具有普遍意义的科学规律、生态和进化过程及机制的探索成为可能。分子生态学已经进入组学研究时代, 这使得阐明复杂生态过程、生物地理过程和适应性演化过程的机制性研究由原来难以企及的梦想变成完全可以实现的探求; 它也带来了全新的挑战, 其中最有深远影响的将是对分子生态学研究至关重要的进化生物学基础理论方面的突破, 例如遗传变异理论、种群分化理论、表观遗传因素的作用, 乃至进化生物学的基本知识构架等等。这些方面的进展必将使宏观生物学迎来一场空前的革命, 并对生态学的所有分支学科产生重大影响, 甚至催生诸如生态表观组学这样的新分支学科。对于中国科学家来说, 分子生态学组学时代的开启, 更是一个千载难逢的机遇, 为提出和建立生命科学的新方法、新假说、新思想和新理论提供了莫大的探索空间——此前我们对宏观生物学方法、理论和思想的发展贡献很小。然而, 限制组学时代重大突破的关键因素是理论、概念、理念、实验方法或分析方法方面的创新和突破, 这正是我国分子生态学研究最薄弱的环节。我国教育部门应尽快调整生命科学本科生培养的理念和方法, 以培养具备突出创新潜力的年轻一代后备人才; 同时, 科研项目资助部门和研究人员不仅应清醒地认识本学科领域的发展态势, 更要及时调整思路, 树立新的项目管理理念和治学 理念。