東亞特有的鯉科魚類。何舜平供圖
隨著2020年腳步的臨近，“十年禁漁”也在抓緊推行，為長江漁業(yè)資源的可持續(xù)利用創(chuàng)造條件。作為我國“淡水魚類的搖籃”，長江漁業(yè)資源包含魚類約400余種，魚類產(chǎn)量占我國淡水魚類產(chǎn)量的70%左右，是漁業(yè)發(fā)展的重要支撐。
長江沿岸蓬勃的經(jīng)濟發(fā)展和人類活動，卻給漁業(yè)資源帶來了巨大創(chuàng)傷，魚類種群不斷減少，部分魚類甚至就此消失。科學(xué)家們意識到，對長江魚類進行全面的“摸底”已刻不容緩。
在長江大保護的背景下，中國科學(xué)院水生生物研究所（以下簡稱水生所）研究員何舜平課題組與多家單位合作，利用10多年來采集到的長江魚類樣品，首次對長江流域魚類進行了全面的多樣性評估，并建立了長江魚類條形碼數(shù)據(jù)庫，讓長江魚也有了“身份證”。
急需對多樣性“摸底”
作為世界三大河流之一，長江源于青藏高原，同時也是亞洲第一長河，流經(jīng)西藏、云南、四川和其他七個省份，全長6300多公里。“長江流域面積廣闊，地形地貌復(fù)雜，根據(jù)海拔、地形和水文特征，分為上游、中游、下游和河口段，其中上游的獨特環(huán)境造就了眾多特有魚類物種。”何舜平在接受《中國科學(xué)報》采訪時介紹。
長江上游是我國天然的淡水魚類種質(zhì)資源基因庫，魚類種類繁多、資源豐富，共有261種，其中特有魚類107種。在這些特有魚類中，最多的是鯉形目種類，共93種，占特有魚類總數(shù)的86.92%，因而其在長江上游特有魚類中具有非常重要的地位。
“裂腹魚、高原鰍和鮡科魚這三大高原魚類是上游珍稀特有魚類的重要組成部分。”論文第一作者、水生所博士生沈彥君告訴《中國科學(xué)報》。
近幾十年來，水環(huán)境污染、水利工程興修以及過度捕撈等因素導(dǎo)致生物棲息地不同程度地破壞，人類對資源的開發(fā)和利用遠遠超過其再生能力以及環(huán)境的容納量，使得我國淡水魚類資源受到嚴重威脅，魚類種群數(shù)量急劇下降，部分魚類甚至瀕臨滅絕。
“今天還能發(fā)現(xiàn)的魚類，可能明天就消失了，所以要盡快完成對長江魚類資源多樣性的‘摸底’，并建立相關(guān)的物種信息數(shù)據(jù)庫。”沈彥君說。
為響應(yīng)國家“五位一體”建設(shè)和落實長江大保護戰(zhàn)略，急需快速獲取魚類的基因信息，建立全面準確的基因序列數(shù)據(jù)庫，這對物種多樣性和遺傳多樣性保護至關(guān)重要。
隨著科技的進步，分類方法不斷完善和提高。不過，由于魚類遺傳變異性等特征，傳統(tǒng)分類學(xué)方法在魚類物種鑒定上相對比較困難。“長江流域魚類資源的多樣性評估需要更合理、更有效的分子鑒定體系。”何舜平表示。
因此，科研人員瞄準了一種新型物種鑒定手段——DNA條形碼技術(shù)，該技術(shù)具有快速、高效、準確的優(yōu)勢，在食品安全、海關(guān)檢疫、疾病防控、生態(tài)環(huán)境和生物多樣性保護等領(lǐng)域扮演重要角色，得到廣泛應(yīng)用。
快速鑒定，提高效率
這項研究的難點在于樣品的采集。十多年來，水生所一直在開展長江魚類樣品采集工作。何舜平和他的團隊幾乎走遍了長江流域沿岸的土地，樣品采集工作尤為艱辛。
“特別是對于上游的樣品采集十分困難，上游地形復(fù)雜，多峽谷、支流等，有些地方人跡罕至，特殊的氣候條件和地理環(huán)境讓我們經(jīng)常遇到暴雨、山洪等。”沈彥君回憶道。他們在各個地點使用各種工具捕獲標本，對爬鰍等喜歡生活在激流中石頭下的魚類，科研人員往往要拿網(wǎng)趴在水底才能捕獲。
收集到魚類樣品后，研究團隊對這些樣品做了DNA條形碼測序。DNA條形碼技術(shù)簡單易操作，能夠快速解決物種鑒定的“分類障礙”問題，大大提高工作效率。
DNA條形碼研究的主要目的是對樣本進行快速有效區(qū)分。“此次研究，我們共收集長江魚類2830條條形碼序列，涉及16目、40科、135屬、238種。通過構(gòu)建DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫，首次對長江流域魚類進行了全面的分子評估，涉及的物種約為目前長江已知物種的64.2%，幾乎包含大家所知的魚類，其中30%的河口魚類多數(shù)處在支流位置，分布窄、種類少。”何舜平說，82%的魚類物種能夠有效鑒定到物種水平。
科研人員發(fā)現(xiàn)，魚類的物種分化過程與青藏高原的隆升有直接的關(guān)系，裂腹魚、高原鰍和鮡科魚這三大高原魚類復(fù)雜的形成及分化機制導(dǎo)致不同物種間存在共享單倍型，部分同屬物種可能由于局部適應(yīng)的趨同進化也存在共享單倍型，但通過條形碼技術(shù)仍能夠?qū)⑦@些物種很好地鑒定到科和屬的水平。
“我們還發(fā)現(xiàn)，長江魚類條形碼生物多樣性高于形態(tài)多樣性，部分物種存在較高的隱存多樣性。”沈彥君說。
“身份證”的重要性
每種魚類的DNA條形碼都是不一樣的，就好像我們的“身份證”一樣獨一無二。DNA條形碼的神奇之處在于，當(dāng)魚類在某水域活動時，水中會留下該魚類的DNA，我們?nèi)绻塬@得這些DNA與現(xiàn)有DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫比對，就可以知道這片水域生活著哪種長江魚類。
“因此，我們構(gòu)建的DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫能夠為今后的長江魚類多樣性調(diào)查、資源保護和監(jiān)管提供有力幫助。”何舜平表示。
據(jù)了解，長江刀魚從過去最高產(chǎn)4142噸下降到年均不足100噸，青魚、草魚、鰱魚、鳙魚這“四大家魚”與上世紀50年代相比，種苗發(fā)生量下降了90%以上，其他魚類資源量也在大幅萎縮。
“通過我們的研究成果，搞育種的科研工作者可以去篩選適宜品種，確定哪些魚類的人工繁育和養(yǎng)殖更有發(fā)展前景和經(jīng)濟價值，對人工增殖放流也有一定的參考意義。”沈彥君表示。
為了保護長江水生生物資源，此前，多部委聯(lián)合印發(fā)《長江流域重點水域禁捕和建立補償制度實施方案》，規(guī)定“2020年底以前，完成長江干流和重要支流除保護區(qū)以外水域的漁民退捕，暫定實行10年禁捕”，這一空前嚴格的長江“十年禁漁”措施正在積極推進。
沈彥君介紹，十年禁漁讓魚類有喘息的機會，可以繼續(xù)繁衍生息，現(xiàn)在我們有了長江魚類的DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫和遺傳多樣性資料，在十年后，通過與現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)進行對比，看看魚的種類有沒有增加或者減少、生物多樣性有沒有得到恢復(fù)，這個意義十分重大。
基礎(chǔ)研究才是創(chuàng)新的源泉。“對于這個DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫，我們還會盡量去補充和完善，讓它發(fā)揮更重要的作用。”何舜平說，除了長江魚類DNA條形碼之外，他們還在推進黃河和珠江流域的魚類DNA條形碼計劃，最終覆蓋我國所有流域。目前，他們已經(jīng)在科技部的支持下，完成了中國水產(chǎn)品DNA條形碼數(shù)據(jù)的收集。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/1755-0998.12961
