東亞特有的鯉科魚(yú)類(lèi)。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(zhǎng)江漁業(yè)資源的可持續(xù)利用創(chuàng)造條件。作為我國(guó)“淡水魚(yú)類(lèi)的搖籃”，長(zhǎng)江漁業(yè)資源包含魚(yú)類(lèi)約400余種，魚(yú)類(lèi)產(chǎn)量占我國(guó)淡水魚(yú)類(lèi)產(chǎn)量的70%左右，是漁業(yè)發(fā)展的重要支撐。
長(zhǎng)江沿岸蓬勃的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)，卻給漁業(yè)資源帶來(lái)了巨大創(chuàng)傷，魚(yú)類(lèi)種群不斷減少，部分魚(yú)類(lèi)甚至就此消失?？茖W(xué)家們意識(shí)到，對(duì)長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)進(jìn)行全面的“摸底”已刻不容緩。
在長(zhǎng)江大保護(hù)的背景下，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)采集到的長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)樣品，首次對(duì)長(zhǎng)江流域魚(yú)類(lèi)進(jìn)行了全面的多樣性評(píng)估，并建立了長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)，讓長(zhǎng)江魚(yú)也有了“身份證”。
急需對(duì)多樣性“摸底”
作為世界三大河流之一，長(zhǎng)江源于青藏高原，同時(shí)也是亞洲第一長(zhǎng)河，流經(jīng)西藏、云南、四川和其他七個(gè)省份，全長(zhǎng)6300多公里。“長(zhǎng)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(dú)特環(huán)境造就了眾多特有魚(yú)類(lèi)物種。”何舜平在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)介紹。
長(zhǎng)江上游是我國(guó)天然的淡水魚(yú)類(lèi)種質(zhì)資源基因庫(kù)，魚(yú)類(lèi)種類(lèi)繁多、資源豐富，共有261種，其中特有魚(yú)類(lèi)107種。在這些特有魚(yú)類(lèi)中，最多的是鯉形目種類(lèi)，共93種，占特有魚(yú)類(lèi)總數(shù)的86.92%，因而其在長(zhǎng)江上游特有魚(yú)類(lèi)中具有非常重要的地位。
“裂腹魚(yú)、高原鰍和鮡科魚(yú)這三大高原魚(yú)類(lèi)是上游珍稀特有魚(yú)類(lèi)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(guó)科學(xué)報(bào)》。
近幾十年來(lái)，水環(huán)境污染、水利工程興修以及過(guò)度捕撈等因素導(dǎo)致生物棲息地不同程度地破壞，人類(lèi)對(duì)資源的開(kāi)發(fā)和利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其再生能力以及環(huán)境的容納量，使得我國(guó)淡水魚(yú)類(lèi)資源受到嚴(yán)重威脅，魚(yú)類(lèi)種群數(shù)量急劇下降，部分魚(yú)類(lèi)甚至瀕臨滅絕。
“今天還能發(fā)現(xiàn)的魚(yú)類(lèi)，可能明天就消失了，所以要盡快完成對(duì)長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)資源多樣性的‘摸底’，并建立相關(guān)的物種信息數(shù)據(jù)庫(kù)。”沈彥君說(shuō)。
為響應(yīng)國(guó)家“五位一體”建設(shè)和落實(shí)長(zhǎng)江大保護(hù)戰(zhàn)略，急需快速獲取魚(yú)類(lèi)的基因信息，建立全面準(zhǔn)確的基因序列數(shù)據(jù)庫(kù)，這對(duì)物種多樣性和遺傳多樣性保護(hù)至關(guān)重要。
隨著科技的進(jìn)步，分類(lèi)方法不斷完善和提高。不過(guò)，由于魚(yú)類(lèi)遺傳變異性等特征，傳統(tǒng)分類(lèi)學(xué)方法在魚(yú)類(lèi)物種鑒定上相對(duì)比較困難。“長(zhǎng)江流域魚(yú)類(lèi)資源的多樣性評(píng)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(zhǔn)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(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，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(hù)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(xiàng)研究的難點(diǎn)在于樣品的采集。十多年來(lái)，水生所一直在開(kāi)展長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)樣品采集工作。何舜平和他的團(tuán)隊(duì)幾乎走遍了長(zhǎng)江流域沿岸的土地，樣品采集工作尤為艱辛。
“特別是對(duì)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?cè)诟鱾€(gè)地點(diǎn)使用各種工具捕獲標(biāo)本，對(duì)爬鰍等喜歡生活在激流中石頭下的魚(yú)類(lèi)，科研人員往往要拿網(wǎng)趴在水底才能捕獲。
收集到魚(yú)類(lèi)樣品后，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這些樣品做了DNA條形碼測(cè)序。DNA條形碼技術(shù)簡(jiǎn)單易操作，能夠快速解決物種鑒定的“分類(lèi)障礙”問(wèn)題，大大提高工作效率。
DNA條形碼研究的主要目的是對(duì)樣本進(jìn)行快速有效區(qū)分。“此次研究，我們共收集長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)2830條條形碼序列，涉及16目、40科、135屬、238種。通過(guò)構(gòu)建DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)，首次對(duì)長(zhǎng)江流域魚(yú)類(lèi)進(jìn)行了全面的分子評(píng)估，涉及的物種約為目前長(zhǎng)江已知物種的64.2%，幾乎包含大家所知的魚(yú)類(lèi)，其中30%的河口魚(yú)類(lèi)多數(shù)處在支流位置，分布窄、種類(lèi)少。”何舜平說(shuō)，82%的魚(yú)類(lèi)物種能夠有效鑒定到物種水平。
科研人員發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類(lèi)的物種分化過(guò)程與青藏高原的隆升有直接的關(guān)系，裂腹魚(yú)、高原鰍和鮡科魚(yú)這三大高原魚(yú)類(lèi)復(fù)雜的形成及分化機(jī)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(jìn)化也存在共享單倍型，但通過(guò)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(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)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(shuō)。
“身份證”的重要性
每種魚(yú)類(lèi)的DNA條形碼都是不一樣的，就好像我們的“身份證”一樣獨(dú)一無(wú)二。DNA條形碼的神奇之處在于，當(dāng)魚(yú)類(lèi)在某水域活動(dòng)時(shí)，水中會(huì)留下該魚(yú)類(lèi)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(kù)比對(duì)，就可以知道這片水域生活著哪種長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)。
“因此，我們構(gòu)建的DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?yàn)榻窈蟮拈L(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)多樣性調(diào)查、資源保護(hù)和監(jiān)管提供有力幫助。”何舜平表示。
據(jù)了解，長(zhǎng)江刀魚(yú)從過(guò)去最高產(chǎn)4142噸下降到年均不足100噸，青魚(yú)、草魚(yú)、鰱魚(yú)、鳙魚(yú)這“四大家魚(yú)”與上世紀(jì)50年代相比，種苗發(fā)生量下降了90%以上，其他魚(yú)類(lèi)資源量也在大幅萎縮。
“通過(guò)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(yú)類(lèi)的人工繁育和養(yǎng)殖更有發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)人工增殖放流也有一定的參考意義。”沈彥君表示。
為了保護(hù)長(zhǎng)江水生生物資源，此前，多部委聯(lián)合印發(fā)《長(zhǎng)江流域重點(diǎn)水域禁捕和建立補(bǔ)償制度實(shí)施方案》，規(guī)定“2020年底以前，完成長(zhǎng)江干流和重要支流除保護(hù)區(qū)以外水域的漁民退捕，暫定實(shí)行10年禁捕”，這一空前嚴(yán)格的長(zhǎng)江“十年禁漁”措施正在積極推進(jìn)。
沈彥君介紹，十年禁漁讓魚(yú)類(lèi)有喘息的機(jī)會(huì)，可以繼續(xù)繁衍生息，現(xiàn)在我們有了長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)的DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)和遺傳多樣性資料，在十年后，通過(guò)與現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，看看魚(yú)的種類(lèi)有沒(méi)有增加或者減少、生物多樣性有沒(méi)有得到恢復(fù)，這個(gè)意義十分重大。
基礎(chǔ)研究才是創(chuàng)新的源泉。“對(duì)于這個(gè)DNA條形碼參考數(shù)據(jù)庫(kù)，我們還會(huì)盡量去補(bǔ)充和完善，讓它發(fā)揮更重要的作用。”何舜平說(shuō)，除了長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)DNA條形碼之外，他們還在推進(jìn)黃河和珠江流域的魚(yú)類(lèi)DNA條形碼計(jì)劃，最終覆蓋我國(guó)所有流域。目前，他們已經(jīng)在科技部的支持下，完成了中國(guó)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
