新病原壶菌在我国两栖动物中的感染率和谱系发育关系

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:quhongliangs
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最近几十年来,两栖动物种群下降和绝灭现象越来越引起人们的关注,有41%的两栖类物种受到绝灭的威胁,而相应分别只有13%,22%和25%的鸟类,爬行类和兽类物种受此威胁。壶菌病是一种新发现的由壶菌(Batrachochytriumdendrobatidis,Bd)引起的急性、致死性两栖动物传染病。壶菌能寄生于两栖动物角质化组织(成体皮肤和蝌蚪口盘区),感染成体皮肤后,可严重扰乱表皮的渗透调节功能,最终导致个体因电解质紊乱引发的血液循环系统障碍和心脏骤停而死亡。目前,已经发现该菌遍布全球6大洲(约50个国家),感染约500个物种;引起约200个两栖物种的种群下降或灭绝,是两栖动物面临的最大威胁之一。  对壶菌分布范围等基础数据的了解,以及壶菌系统发育关系、谱系地理格局等方面的研究是我们揭示壶菌起源和传播方式等问题关键。目前我们对壶菌在全球分布格局的了解还很不足,尤其是有着丰富、独特地理和两栖动物资源的亚洲大陆地区。因此,在亚洲大陆地区就上述问题进行深入研究,将有助于我们制定合理的壶菌防控措施。  为此本论文将主要关注以下几个问题:(1)基于qPCR检测技术分析壶菌在我国的流行率和感染强度(感染强度是个体感染壶菌后是否死亡的关键因素)。(2)壶菌的系统发育关系,及其全球性起源和传播途径的探讨(3)基于线粒体DNA的牛蛙遗传多样性分析,及与其所感染壶菌单倍型间的关系。  关于我国两栖动物是否被高致病性壶菌所感染的问题,此前国内外已有几个研究进行过类似的探讨,不过均得出阴性的结果。但根据壶菌的生理、生态学特点,以及我国的气候条件,我国西南有很大一部分地区是壶菌的高发区。在对上述研究结果进行认真分析后,我们认为上述阴性结果可能是样本量和采样季节等因素所致。因此,我们选择高温到来前的春季(壶菌对高温敏感),在壶菌潜在高发区--云南省的五个牛蛙(Lithobatescatesbeianu)入侵点进行采样,共采集259只野外牛蛙和4种当地蛙的成体、亚成体;以及37只养殖牛蛙成体。在实验室我们利用实时定量PCR对样本进行壶菌检测。结果发现,五个地点的39个样本被壶菌感染:其中包括35个野外样本,和4个市场样本,但感染强度均低于致死感染量(Vredenburg’s10,000孢子当量法则)。这是我国两栖动物被壶菌感染的首次报道,这一结果提示我国的两栖动物可能正面临着壶菌的严重威胁。  目前对壶菌的起源问题仍存争议,对壶菌检测盲区的研究将是解决这一问题必不可少的环节。我们利用巢式PCR技术检测了我国十个省市野外和市场上两栖动物的壶菌感染情况,并分析了壶菌单倍型之间的系统发育及谱系地理关系。  结果显示,检测的2734个样本中有246个被壶菌感染;包括野外157个(感染率7.6%),市场89个(感染率13.5%)。经测序分析后,发现共有30个单倍型,其中20个为首次检出。无论是野外或市场,牛蛙的感染率和感染单倍型数都是最高的。同时对来自全球73个单倍型(56个来自亚洲,17个来自非亚洲地区)的系统发育分析显示,在进化早期就与其他单倍型相分离的一个壶菌支系仅分布于亚洲;分别感染我国特有种滇蛙和日本特有种日本大鲵。谱系地理学分析结果显示我国部分野外壶菌种群间存在一定的种群分化现象。本研究暗示壶菌病在全球传播和爆发之前,可能已经在亚洲存在。  牛蛙是壶菌的主要宿主之一,同时牛蛙的养殖和贸易也被认为是促进壶菌传播的主要因素。对入侵我国牛蛙的来源、引种和养殖历史,以及不同牛蛙单倍型与其所感染壶菌单倍型之间的关系的认识,将有助于我们掌握壶菌在我国的潜在传播途径。  对野外和养殖牛蛙种群510个样本细胞色素b基因的测序和分析发现,其中仅包含两个单倍型(H43和H7),与牛蛙原产地(215个样本,41个单倍型)相比遗传多样性显著下降。由于该分子标记分辨率有限,不能很好的推测牛蛙在我国具体的引种途径。但本结果显示我国牛蛙种群的遗传结构与原产地相比发生了显著变化,同时这两个单倍型在野外和养殖种群中的频率存在显著差异(我们认为这可能是由于养殖场的持续引种所致)。这些结果对生物入侵过程的认识,以及制定合理的入侵生物防治措施有重要的理论意义。另外本研究还表明外来种养殖业可以促进生物入侵的成功,即使在野外种群经历种群瓶颈事件,遗传多样性偏低的情况下。本研究结果还显示牛蛙单倍型及其所感染的壶菌单倍型之间没有显著的相关性。
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