中国大鲵遗传多样性与保护研究取得重要进展

[video:20180522中科院：中国大鲵研究获重要进展]

近日，国际学术期刊《当代生物学》（Current Biology）以The Chinese giant salamander exemplifies the hidden extinction of cryptic species 为题，报道了中国科学院昆明动物研究所、中科院动物进化与遗传前沿交叉卓越创新中心研究员车静，中科院院士、中科院副院长张亚平以及昆明动物所特聘研究员、加拿大安大略皇家博物馆教授Robert Murphy领衔的国内外研究人员参与的合作成果。该研究基于基因组水平数据，揭示了中国大鲵至少由5个物种（有可能为8个）组成，中国大鲵的保护面临着重大调整，亟需进一步评估和改进。5月21日，中科院在京召开新闻发布会，发布了这一重要成果。

张亚平在发布会上表示，中科院是我国生物多样性研究与保护的倡导和引领者，已在生物多样性编目、生物多样性受威胁现状评估、生物多样性信息库的建设、生物安全和种植资源保护等方面取得了一系列成果，在濒危物种的保护方面做了大量有意义的工作。此次大鲵遗传多样性与保护研究历时长、工作量大、野外科考艰苦，需要大团队的协作，能坚持下来实属不易。该研究工作系统、研究方法先进，创新性强，取得了令人意外的重要科学发现，对中国大鲵的保护实践具有重要指导意义。

中国大鲵（Andrias davidianus）俗称“娃娃鱼”，为中国特有珍稀野生动物，也是世界现存两栖类中体型最大的物种，体长可以达到2米。中国大鲵与日本大鲵及美洲大鲵，共同组成了两栖类中的隐鳃鲵科（Cryptobrachidae），该科的起源可以追溯到侏罗纪时代（160 Mya）。中国大鲵具有极高的进化独特性，在全球生物多样性资源保护中占据重要地位，堪称“水中大熊猫”。

中国大鲵曾广泛分布于我国长江、黄河及珠江流域的17个省份。自20世纪50年代起，由于栖息地连续破坏以及80年代末左右开始的人为过度捕捉，中国大鲵的野生资源迅速减少，部分地方的野生种群甚至面临灭绝。中国大鲵被列为极度濒危物种（CE），并收录入CITES公约附录I，在我国列为二级保护动物。

中国大鲵的保护问题受到了国内外极大的关注。我国政府高度重视中国大鲵的保护，在就地保护和人工增殖放流两个方面投入了大量的人力和物力。1982年至今，全国已建立48个涉及保护中国大鲵的自然保护区（大部分为80年代后期以来建立），其中主要针对中国大鲵的保护区有33个（国家级3个），保护区占地面积达17.10万公顷。上世纪70年代，阳爱生等就开始了对中国大鲵人工养殖技术的探索。经过几十年的研究和实践，中国大鲵的养殖技术目前已经非常成功。为了增加野生种群，政府组织了频繁的放流活动。据不完全统计，放流数量达到105918尾。与此同时，在巨大经济利益驱动下，人工养殖市场繁荣发展，自90年代中期以来，一尾性成熟中国大鲵市值一度过万元。大量野外种群被非法捕捞并被买卖进入养殖市场。这造成了目前中国大鲵保护的困境：在野外很难看到野生种群，养殖场内却保存着成千上万的个体。

由于缺乏显著的外部性状差异，中国大鲵长期以来被认为是一个物种。目前我国实施的保护是基于“中国大鲵是一个物种”的保护措施和市场化的人工养殖、放流增殖，并未对不同地方的种群加以区别对待。Robert Murphy在此前的研究中，首次在遗传学水平发现中国大鲵的黄山种群发生了独特的分化。考虑到两栖类的习性，容易隔离分化，而中国大鲵分布范围广泛，又经历了较长的演化历史，中国大鲵不同地方的种群是否存在显著的分化？目前的保护策略是否得当、有效？

为解答以上问题，更好地保护中国大鲵，2008年来，中科院昆明动物研究所车静、张亚平和Robert Murphy带领的团队便开始了对中国大鲵的研究。经过近10年的考察和走访，与国内外多个科研单位和林业部门合作，在全国范围内收集到70个野生和1034个来自养殖场的中国大鲵样品（多为皮肤脱落和口腔刮取组织样品），进而对其野生和养殖种群遗传结构进行了深入研究。

由于中国大鲵的基因组达到50G，研究组首次使用了简化基因组的方法，在基因组水平对中国大鲵的野生种群开展了群体遗传学分析。结合线粒体基因等的多项分析结果意外发现，中国大鲵并非单一物种，目前研究数据支持至少5个物种的划分。这5个物种（包括陕西种、四川种、广西种、贵州种、安徽种）分布地与水系分布紧密相关，大致对应黄河、长江、珠江、钱塘江等水系流域。各物种间分化时间保守估计约为4.71-10.25百万年以前，属于有较长分化历史的典型物种。此外，在养殖场种群中还意外地发现了另外两个独特的支系，加之记录的分布于海拔4000米的青藏高原种群，推测中国大鲵有可能包括高达8个物种，但这一结论亟待进一步考察研究确定。在这样一个备受关注且已有较多研究的大型两栖类动物中突然发现如此多的隐存物种是令人震惊的，这得益于基因组等新技术的应用。

该发现对于中国大鲵的保护具有非常重要的意义。物种是制定保护措施最基础的分类单元。基于过去的分类知识和常规的做法，在保护区划分、人工养殖、增殖放流等一系列的保护过程中，中国大鲵长期以来被当作一个物种对待，且没有区分不同地理种群。这是无可指责的，但隐藏巨大的风险。若不及时调整，不仅有的物种不能得到保护，还很容易使小种群物种受到其它物种的基因侵蚀，甚至被取代，造成巨大遗传资源损失甚至物种灭绝。在对养殖场随机取样分析中，该研究发现全国养殖场有78.82%的个体是“陕西种”。2013年至2016年期间，伦敦动物学会启动了中国代表区域的中国大鲵野外及问卷调查工作（同期发表在Current Biology），昆明动物所承担了获得数据的遗传学分析，发现在陕西、贵州和广西野外捕捉的12个个体，其母系来源均为“陕西种”。此外，以贵州省为例，通过微卫星数据分析显示，随机取样的100份养殖个体虽然有不同的母系来源，但是核基因水平已经混杂为一个物种。换言之，不当的保护还可能加速物种的灭绝。

新技术方法的应用使人们对中国大鲵这一明星物种有了全新认识。在此基础上，亟需对现有中国大鲵的保护策略和措施进行评估和改进。研究人员建议全面开展中国大鲵遗传资源的调研和分析，对包括的不同物种进行种群大小、遗传多样性、分布地等系统的调查研究，正确认识每一个物种，并及时调整相应的保护策略和措施。特别对于小种群物种，急需优先保护。同时，应加强遗传技术的应用，建立不同物种的技术标准，规范养殖市场；禁止未经遗传核查的无序放流，在遗传鉴定的基础上，方可开展各物种原产地的繁殖放流。研究人员希望通过各方的共同努力，不仅能有效保护中国大鲵各物种，还能为其它濒危物种的保护作出示范。

昆明动物研究所博士颜芳为论文第一作者，车静、张亚平、Robert Murphy为共同通讯作者。该研究得到了中科院战略性先导科技专项培育项目、国际人才计划项目，英国伦敦动物学会Darwin Initiative项目，香港动物园基金，遗传资源与进化国家重点实验室开放课题以及国家自然科学基金等的资助。

中国大鲵生活照（Robert Murphy摄）

基于线粒体片段、简化基因组SNP、微卫星数据获得的中国大鲵系统发育关系和遗传结构。A. 基于线粒体基因片段，构建的野生种群（A-E）及4个养殖个体（UI, U2）构建的系统发育关系。B. 野生种群的分布点；饼图颜色对应图A中线粒体支系；右下角为基于简化基因组SNP数据的群体结构（最适K=5），颜色对应线粒体支系。C. 养殖种群的样品采集点；饼图颜色对应A中线粒体支系；右下角为基于微卫星数据的群体结构（最适K=1，这里显示第二最适K=3）。