海洋栖息地构建物种的全球宏基因组图谱：基因多样性的重要性

种内遗传多样性是生物多样性的支柱之一，支持种群的复原力和进化潜力。然而，人们对宏观生态尺度上的遗传多样性模式，即所谓的宏观遗传模式的了解仍然很少，特别是在海洋物种中。小编拜读了2023年5月发表在Global Ecology and Biogeography上的一篇最新研究，揭示了全球海洋栖息地构建物种的宏基因组图谱，这项研究强调了基因多样性也是生物多样性的组成部分。海洋生境形成（MHF）物种是一些最多样化但也是受影响最大的海洋生态系统的关键物种，如珊瑚礁和海洋森林。研究人员们描述了MHF物种遗传多样性的模式和驱动因素，并提供了一个宏观遗传基线，可用于保护规划和未来的遗传监测计划。现将其报道编译分享如下。

图片来源：巴塞罗那大学官网

被称为海洋栖息地构建物种的生物——珊瑚、藻类、海藻、海洋蕨类植物等——是帮助生成和构建水下景观的生物。它们是其他物种的天然避难所，为海床提供生物量和复杂性。但是，这些海洋生态系统中的关键物种目前正面临来自气候变化和人类活动引发的其他干扰的威胁。一项研究警告称，即使在海洋保护区（MPAs）中，结构性物种的基因多样性也没有得到保护，尽管这对于种群对改变自然环境的变化的响应和适应是至关重要的。

该研究由巴塞罗那大学生物学院和巴塞罗那大学生物多样性研究所（IRBio）的Laura Figuerola-Ferrando、Cristina Linares、Ignasi Montero-Serra和Marta Pagès-Escolà，葡萄牙的海洋与环境研究跨学科中心（CIIMAR）的Jean-Baptiste Ledoux和Aldo Barreiro，以及西班牙国家研究委员会海洋科学研究所（ICM-CSIC）的Joaquim Garrabou进行。

【基因多样性也是生物多样性的组成部分】

传统上，海洋生物多样性管理和保护计划考虑了物种丰富度等因素。基因多样性是生物多样性的另一个重要组成部分，反映了同一物种个体间的基因变异，并且是种群适应能力和生存的决定性因素。尽管其重要性，但基因多样性在管理和保护计划中迄今为止被忽视。

研究的第一作者、巴塞罗那大学进化生物学、生态学和环境科学系的研究员Laura Figuerola-Ferrando表示：“基因多样性在增强物种、种群和群落适应气候变化等快速环境变化的能力方面起着关键作用，从而增加它们的恢复力。”她继续说道：“然而，到目前为止，绝大多数海洋保护区是基于存在多个

物种和栖息地而实施的，而没有考虑它们的基因多样性。国际自然保护联盟（IUCN）的红色名录也没有考虑基因多样性。”

“近年来，强调将保护努力集中在保护基因多样性上的必要性得到了加强。大规模开展确定基因多样性的不同技术（例如通过使用微卫星或小DNA片段）的技术进展，以及它们的可负担成本，有助于将基因多样性纳入管理和保护计划中。”巴塞罗那大学进化生物学、生态学和环境科学系的研究员补充道。

【从大西洋西北部到几内亚湾】

该研究应用宏基因组技术，以确定全球各个海洋地区不同物种的基因模式。研究人员分析了一个全球数据库中包含140个物种的9300多个种群的基因多样性信息（基于微卫星）。

结果描绘了海洋栖息地构建物种（珊瑚、大型藻类、海洋蕨类植物等）基因模式的参考情景，对改进海洋生物管理和保护计划具有潜在意义。

西北大西洋省和孟加拉湾是发现海洋景观物种基因多样性最高的地区。地中海也发现了相当高的值（高于全球平均水平）。相比之下，基因多样性最低的海洋省份是几内亚湾和大西洋西南部。

研究结果还显示了动植物海洋栖息地构建物种的基因多样性与物种丰富度之间存在正相关。然而，该论文警告了一个令人担忧的结果：大洋生态区域的海洋保护区网络（RAMP）并未保护基因多样性最高的海洋栖息地构建物种所在的区域。

Laura Figuerola-Ferrando指出：“我们发现在MPAs中没有受到保护的是基因多样性。在这项研究中，最初的假设是这些区域内会有更大的基因多样性，但事实并非如此。实际上，我们发现，在全球范围内，MPAs内外的基因多样性没有区别。”

【赤道生物多样性在极地的新模式】

研究人员还发现了海洋栖息地构建物种基因多样性分布的特定模式，与迄今为止所知的传统模式有所不同。巴塞罗那大学-IRBio的ICREA学院教授Cristina Linares（UB-IRBio）和CIIMAR的Jean-Baptiste Ledoux是该研究的协调员之一，他们指出：“这是一个双峰纬度模式，它是一个复杂的生物地理模式，意味着如果我们模拟这些物种的基因多样性随纬度变化的方式，我们会发现在温带地区有两个峰值，而在赤道附近则有一个小的基因多样性下降。”

这一科学发现具有重要意义，因为几十年前还认为全球生物多样性的分布遵循单峰模式，即在赤道具有最大值，向极地方向递减。“这在海洋生态系统中的物种多样性方面并非总是如此。例如，在底栖物种的情况下，这种模式是双峰的，而不是单峰的，无论是在物种丰富度还是基因多样性方面，”Cristina Linares解释道。

Jean-Baptiste Ledoux补充说：“在我们的研究中，双峰纬度模式受分类学的影响：在使用的模型中，我们发现动物物种（基因多样性更高）和植物物种（基因多样性较低）之间存在统计学上显著差异。此外，如果我们分开研究动物和植物物种的纬度模式，我们可以看到动物仍然呈现双峰模式，但对于植物来说就不是这样了。”

【基因多样性：改进保护管理计划】

这项研究的结论提醒人们，在地球上的生物多样性管理和保护计划中包括种群的基因多样性的必要性。Jean-Baptiste Ledoux指出：“随着《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》在《生物多样性公约》（CBD/COP/15/L25, 2022）内的实施，将基因多样性纳入生物多样性管理和保护计划的重要性得到了加强。在这个背景下，我们认为我们所定义的海洋栖息地构建物种基因多样性模式的基线可能非常重要。”

该研究还揭示，地中海和大西洋地区在该研究中使用的科学文献中的出现频率较高，这些文献涉及深海结构和海洋栖息地构建物种的基因多样性。因此，研究人员建议未来的研究应更加注重其他海洋地区，以填补这些地区的知识空白。

尽管还有许多挑战需要克服，但基于宏基因组的研究方法为我们提供了更全面地了解海洋生态系统中物种基因多样性的机会。这项研究为保护和管理海洋生物多样性提供了重要的参考，促使人们更加关注基因多样性在保护计划中的重要性。

参考文献：

1. Laura Figuerola‐Ferrando, Aldo Barreiro, Ignasi Montero‐Serra, Marta Pagès‐Escolà, Joaquim Garrabou, Cristina Linares, Jean‐Baptiste Ledoux. Global patterns and drivers of genetic diversity among marine habitat‐forming species. Global Ecology and Biogeography, 2023; DOI: 10.1111/geb.13685

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/05/230524181950.htm

编译：Wendy

审核：Sara

编辑：Tommy