牡蛎是广泛分布在海洋中的代表性附着型双壳软体动物，也是重要的渔业和水产养殖物种，其形成的牡蛎礁在净化水体、减少海岸带侵蚀、保护生物多样性、促进渔业养殖业发展、恢复沉积环境和古气候重建等方面具有重要生态效益。然而近些年因全球气候变化和人类活动的影响，全球85%的牡蛎礁已经严重退化。目前我国沿海牡蛎物种多样性研究多集中在常见种和经济种中，对于缘曲牡蛎科的物种多样性及分布研究较少。近江牡蛎（Crassostrea ariakensis (Fujita, 1929)）和长牡蛎（C. gigas (Thunberg, 1793)），是西北太平洋沿海牡蛎礁的主要造礁物种，其野生资源也面临着严重威胁。牡蛎大多数生活在高度动态变化的潮间带区域，其分布和生存受多种环境因素的影响。海洋盐度是限制绝大多数海洋贝类生命活动的关键因子，同时也是限制海洋贝类地理分布的屏障。为了进一步明确我国沿海重要牡蛎物种多样性，对广西涠洲岛牡蛎种类及分布进行了系统调查，并明确了南北近江牡蛎的分类地位。通过养殖实验和转录组学技术探究近江牡蛎和长牡蛎盐度适应性差异。运用物种分布模型预测气候变化背景下影响两种牡蛎潜在适生区分布的关键环境因子和潜在适生区分布变化。本研究还对同属于牡蛎科（Ostreidae）的猫爪牡蛎相近种群（C. talonata A / B）进行了全基因组测序，并与牡蛎科其他物种进行比较基因组分析，明确了牡蛎总科物种基因组水平的系统演化关系，初步阐明了猫爪牡蛎的基因组特征和牡蛎科物种形成和分化的潜在重要因素。主要内容如下：

1.涠洲岛牡蛎物种多样性及近江牡蛎亚种界定：本研究通过形态和线粒体16S rRNA基因序列鉴定，对南海涠洲岛的牡蛎种类及分布进行了系统调查，从潮间带（10个地点）和浅海区（10个地点）共鉴定出5属13种牡蛎，包括1个新纪录种Saccostrea spathulata和1个未定种Hyotissa sp.。其中8种分布在潮间带（C. sikamea、C. angulata、S. echinata、S. malabonensis、S. circumsuta、S. mordax、S. spathulata和Dendostrea folium），6种栖息在浅海（H. hyotis、H. sinensis、H. inaequivalvis、Hyotissa sp.、Booneostrea subucula和D. folium），优势种分别为S. echinata（50.93%）和H. inaequivalvis（57.82%）。发现舌骨牡蛎属物种是涠洲岛海域主要造礁物种，为未来涠洲岛牡蛎礁资源的合理开发和管理提供了科学依据。通过形态特征、系统发育（COI、16S rRNA、线粒体基因组）、物种界定分析、遗传距离分析，明确了以长江口为分界的近江牡蛎群体的分类地位。结果显示，近江牡蛎南北群体间存在明显的遗传变异和形态差异（闭壳肌痕颜色南方深北方浅），但南北近江牡蛎的遗传距离差异尚未达到巨蛎属内物种间的分化水平。因此，我们建议将南北近江牡蛎作为不同亚种处理，并命名南方近江牡蛎为新亚种（Crassostrea ariakensis meridioyangtzensis subsp. nov.）。

2.近江牡蛎和长牡蛎盐度适应性研究：本研究通过养殖实验和转录组学发现近江牡蛎和长牡蛎幼虫不同发育时期对盐度适应的差异明显，长牡蛎在盐度16、23和30下均适宜生存，在盐度23下最为适宜；而近江牡蛎能够在盐度16和23下生存，盐度16最为适宜。基于亲本死亡率、受精率、幼虫生长的测定结果，长牡蛎在低盐条件下（5, 10）亲本死亡率显著高于近江牡蛎，在中高盐度条件下（23, 30）近江牡蛎亲本死亡率显著高于长牡蛎。近江牡蛎在高盐条件下（30, 35）受精率极低，而长牡蛎在5盐度下不能完成受精。此外，近江牡蛎在16盐度下比23盐度下生长速度更快，在30盐度条件下难以完成幼虫的附着变态。长牡蛎幼虫在16、23、30盐度下均能完成附着变态，并且在23盐度条件下生长最快，其次是30盐度。转录组分析发现氨基酸代谢、渗透压调节、信号转导和细胞免疫抗凋亡等相关基因在牡蛎盐度调节下发挥作用，揭示近江牡蛎和长牡蛎在不同盐度及不同发育时期均具有不同的盐度适应策略。并且通过亲本驯化和幼虫选育可以成功培育出具有显著耐高盐特性的近江牡蛎。

3.近江牡蛎和长牡蛎对气候变化响应：基于近二十年近江牡蛎和长牡蛎的分布情况及环境因子数据分析，综合运用MAXENT模型、PCA、Pearson相关性分析法、VIF方差膨胀因子、环境变量的贡献率和jackknife刀切法来评估影响近江牡蛎和长牡蛎潜在适生区分布的重要环境因子，发现盐度是影响长牡蛎和近江牡蛎分布产生差异的最重要环境因子。对于长牡蛎而言，最大盐度的贡献率高于最小盐度。而在近江牡蛎的研究结果中，最小盐度更为重要。通过biomod2构建集合模型，模拟了2050s和2100s不同气候情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5）下适宜栖息地的范围及变化。物种分布模型预测发现，未来随着温室气体排放的升高近江牡蛎在长江以北地区适生区将大幅度减少，而长牡蛎在大致保持其当前气候情景下的适生区的同时，将不断向北扩张。

4.猫爪牡蛎全基因组学研究：本研究构建了猫爪牡蛎染色体水平全基因组，发现猫爪牡蛎是目前已测牡蛎科基因组物种中基因组最小。整合了牡蛎总科完整的基因组数据进行系统发育关系重建显示猫爪牡蛎的进化地位嵌套美洲和亚洲分布的巨蛎属物种之中，猫爪牡蛎线粒体谱系A与B间分化于约6百万年前，其同源染色体chr06存在染色体倒位，chr10发生了明显的染色体重排。基因家族扩张和收缩分析发现，猫爪牡蛎B中扩张的基因在A中发生了明显收缩。猫爪牡蛎的高质量基因组组装是了解牡蛎多样性和进化的重要资源，进一步提供了对牡蛎资源的遗传改良、保护和管理的见解。

 

第1章 绪论

1.1 牡蛎总科物种多样性

1.2 气候变化下海洋生物面临的挑战

1.3 气候变化下国内外牡蛎礁现状

1.4 海洋生物环境适应

1.4.1 海洋贝类盐度适应性研究进展

1.4.2 转录组学在牡蛎盐度适应性中的应用

1.4.3 牡蛎应对环境变化的生存策略

1.5 全球气候变化背景下海洋生物分布变化

1.5.1 物种分布模型

1.5.2 物种分布模型在海洋生物分布预测中的应用

1.6 牡蛎全基因组研究概述

1.7 猫爪牡蛎研究现状

1.7.1 猫爪牡蛎简介及分类地位

1.7.2 猫爪牡蛎系统地理学研究

1.8 本研究的目的和意义

1.8.1 研究目的

1.8.2 研究意义

第2章 我国沿海重要牡蛎物种多样性

2.1 实验材料与方法

2.1.1 样品采集和形态学鉴定

2.1.2 DNA提取，PCR扩增和测序

2.1.3 序列分析

2.1.4 系统发育分析

2.1.5 物种界定、遗传距离和单倍型网络分析

2.2 实验结果

2.2.1 广西涠洲岛牡蛎物种多样性

2.2.2 近江牡蛎南北群体

2.3 讨论

2.3.1 广西涠洲岛牡蛎物种多样性

2.3.2 近江牡蛎亚种

第3章 近江牡蛎和长牡蛎的盐度适应性研究

3.1 实验材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 生长存活指标测定

3.1.3 总RNA 提取、测序和质量控制

3.1.4 可变剪接事件分析

3.1.5 基因表达定量和功能注释

3.1.6 差异表达基因（DEGs）鉴定

3.1.7 差异表达基因（DEGs）注释和功能富集分析

3.1.8 共表达趋势分析

3.2 实验结果

3.2.1 生长存活指标差异分析

3.2.2 近江牡蛎和长牡蛎测序数据统计

3.2.3 样本PCA分析

3.2.4 差异可变剪接基因识别和注释

3.2.5 差异表达基因（DEGs）鉴定

3.2.6 差异表达基因富集分析

3.2.7 差异表达基因共表达趋势分析

3.3 讨论

3.3.1 近江牡蛎和长牡蛎盐度适应差异

3.3.2 近江牡蛎和长牡蛎盐度适应策略差异

第4章 气候变化下影响近江牡蛎和长牡蛎分布的重要环境因子

4.1 实验材料与方法

4.1.1 物种分布数据获取及处理

4.1.2 环境变量数据获取及筛选

4.1.3 MAXENT模型优化

4.1.4 模型准确性评估

4.1.5 MAXENT模型构建及参数设置

4.2 实验结果

4.2.1 影响近江牡蛎潜在地理分布的环境变量筛选

4.2.2 影响长牡蛎潜在地理分布的环境变量筛选

4.3 讨论

第5章 气候变化下近江牡蛎和长牡蛎适生区分布预测

5.1 实验材料与方法

5.1.1 样品分布数据及环境变量

5.1.2 单一模型构建

5.1.3 模型评估

5.1.4 集合模型构建

5.1.5 潜在分布适生区的划分

5.2 实验结果

5.2.1 近江牡蛎分布模型构建及预测

5.2.2 长牡蛎分布模型构建及预测

5.3 讨论

5.3.1 各模型对近江牡蛎和长牡蛎分布预测的异同

5.3.2 气候变化下近江牡蛎和长牡蛎在西北太平洋分布格局和迁移趋势

第6章 猫爪牡蛎全基因组研究

6.1 实验材料与方法

6.1.1 样品采集

6.1.2 猫爪牡蛎染色体数目分析

6.1.3 基因组DNA提取、扩增和测序

6.1.4 全基因组测序

6.1.5 重复序列、非编码RNA注释

6.1.6 基因结构和基因功能预测

6.1.7 线粒体基因组组装和注释

6.1.8 基于全基因组的牡蛎总科系统发育分析

6.1.9 基于转录组的牡蛎总科系统发育分析

6.1.10 基因家族聚类分析

6.1.11 物种分歧时间估算

6.1.12 基因家族扩张和收缩分析

6.1.13 正选择分析

6.1.14 共线性分析

6.2 实验结果

6.2.1 猫爪牡蛎染色体数目

6.2.2 猫爪牡蛎全基因组特征

6.2.3 基因组注释分析

6.2.4 猫爪牡蛎线粒体基因组特征

6.2.5 基因家族聚类分析

6.2.6 牡蛎总科系统演化关系

6.2.7 物种分歧时间、基因家族扩张和收缩分析

6.2.8 牡蛎物种共线性分析

6.2.9 正选择分析结果

6.3 讨论

6.3.1 猫爪牡蛎基因组特征

6.3.2 猫爪牡蛎比较基因组

第7章 结论及展望

参考文献

附录

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果