利用环境DNA宏条形码技术揭示弗纳斯组天坑鱼类群落的独特多样性及其保护意义

这篇研究首次应用环境DNA（eDNA）宏条形码技术对巴西蒂巴吉河流域弗纳斯组天坑的鱼类多样性进行系统性调查。通过12S rDNA基因片段分析，在3个天坑、杜拉达湖及蒂巴吉河主河道中鉴定出31个分子操作分类单元（MOTUs），证实了天坑2中Psalidodon fasciatus的孤立存在，首次在天坑4发现七鳃鲇科（Heptapteridae）和Cambeva属鱼类，并验证了天坑1的局部灭绝事件。该研究为喀斯特地貌封闭水域的生物监测提供了非侵入性技术范式，强调了区域特异性基因数据库建设对提升分类分辨率的重要性。

　　

引言

淡水鱼类多样性评估在偏远或难以到达的区域始终面临挑战。环境DNA（eDNA）宏条形码技术通过分析水体中的遗传物质，为揭示隐藏生物多样性提供了突破性工具。弗纳斯组天坑作为巴西巴拉那州维拉维哈州立公园（VVSP）内的古老地质构造，形成于志留纪-泥盆纪（4.21–3.95亿年前），其深度达15–60米的水体形成了与外界隔绝的微生境。这些天坑被认为是研究物种隔离进化与生态适应的天然实验室，但传统采样方法因地形限制难以全面实施。

材料与方法

研究选取6个采样点，包括3个天坑（1、2、4号）、杜拉达湖和蒂巴吉河主河道两处。通过垂降技术采集表层水样，使用0.45 μm孔径Sterivex滤膜过滤，并采用改良的PowerWater试剂盒提取DNA。针对线粒体12S rDNA基因的200 bp片段进行扩增，通过Illumina NextSeq 2000平台测序。生物信息学分析采用DADA2流程，结合NCBI核心数据库和本地定制数据库进行物种注释，设定80%相似度阈值。

结果

测序获得1,497,479条高质量序列，最终分析包含31个鱼类MOTUs，隶属辐鳍鱼纲（Actinopterygii）的4个目：脂鲤目（Characiformes）、慈鲷目（Cichliformes）、电鳗目（Gymnotiformes）和鲇形目（Siluriformes）。关键发现包括：

1. 天坑1：未检测到任何鱼类MOTUs，支持了早期因鸟类粪便导致富营养化引发的P. fasciatus局部灭绝假说。

2. 天坑2：仅存在P. fasciatus（占该位点总reads的98.59%），印证了其作为单一物种孤立种群的特殊地位。

3. 天坑4：首次记录到七鳃鲇科（36.67% reads）和Cambeva属（4.99%），后者可能代表未描述的洞穴适应物种。

4. 蒂巴吉河：显示出最高多样性，如Hypostomus属（14.13% reads）和Steindachneridion属（13.92%），反映了河流生态系统的连通性。

讨论

研究揭示了eDNA技术在封闭水域监测中的独特价值：

• 技术优势：克服了天坑采样中的物理限制，成功检测到传统方法难以记录的Cambeva等底栖鱼类。

• 分类挑战：约40%的ASVs因缺乏本地参考数据库仅能注释到科或属水平，凸显了区域基因组数据建设的紧迫性。

• 进化意义：天坑2中P. fasciatus的遗传隔离已持续千年（基于全线粒体基因组数据），为研究微生境适应提供了模型。

• 保护启示：七鳃鲇科在天坑4的发现提示该区域可能存在洞穴特化物种，需优先开展形态学验证与栖息地保护。

结论

本研究证实了eDNA宏条形码在喀斯特地貌生物多样性评估中的高效性，为VVSP天坑鱼类保护提供了科学依据。未来需整合形态学与基因组学数据，以解析Cambeva等类群的分类地位，并建立蒂巴吉河流域专属的遗传参考数据库。