台灣山區動物基因庫保育遺傳之研究

「台灣山區動物基因庫保育遺傳之研究」之中文摘要： 一、「台灣山區哺乳動物腸道細菌的群落與基因體研究 (Ⅱ)」： 上半年度取得巢鼠與高山田鼠的小腸、大腸與盲腸三個部位，進行古生菌相的組成分析，所得共117條古生菌序列進行排比分析結果後，發現序列間的相似度均很高，且與NCBI的資料庫比對結果，顯示所有的序列均近似於同一個未知且無法培養的嗜中溫古生菌種(Crenarchaeota)，可能為新種。 而腸道細菌相部份，在取得森鼠的小腸、大腸與盲腸三個部位後，進行細菌相組成分析，並比較不同部位所含的菌種組成，發現均以Proteobacteria與Firmicutes為主，但比例組成上則不同。本年度已完成小家鼠、高山田鼠與森鼠的16S rDNA clone library建立，並取得森鼠個體的大腸部位，進行菌種的TRFLP的酵素截切圖譜測試，配合已建立完成之森鼠腸道菌相的16S rDNA clone library，用以比較不同個體間，消化道菌種的組成差異。並選取出四種解析力較高之限制酵素: HaeIII、MseI、MspI與Taq I，以進行序列截切。並完成十隻森鼠個體之大腸部位的T-RFLP片段分析，初步結果可將序列歸屬於主要的六個菌門: 即Firmicutes、Proteobacteria、Deinococcus-Thermus、Verrucomicrobia、Cyanobacteria 與Actinobacteria，並可分屬於11大群的菌種。 二、「台灣山區溪流魚類生活史策略與保育遺傳研究：溪哥(鱲屬)魚類(Zacco spp.)的擾流適應行為 (Ⅱ)」： 本研究以山區溪流常見的溪哥(Zacco spp.)魚類為模式動物，於運用分子標記強化鑑識的基礎上，探討不同品系溪哥之單一或共域（sympatric）族群之環境適應的異同以及彼此間基因是否交流；以期瞭解外型差異不大之不同品系溪哥如何/是否在棲地互相重疊的狀況下共存。本年度之主要目標是在瞭解不同品系之溪哥魚類間是否會雜交，研究內容分為兩個主題：（一）探討自然共域區各個品系之溪哥魚類間是否有互相交配並產下可生存至成體之雜交個體；（二）在實驗室以人工繁殖之方式培養出純系與雜交系個體並比較其生長發育之狀況與生存率，以瞭解平頷鱲和粗首鱲於共域區之雜交個體之比例是否與其生長狀況及生存能力有關。 進度： 人工繁殖實驗發現，於實驗室環境中北部粗首母魚的卵可以由他種溪哥公魚的精子受精而產下雜交後代；日本平頷母魚的卵則僅有日本平頷公魚的精子可使之產下小魚。 粒線體DNA分析發現僅以外形或地理位置判定溪哥種類會有誤判的可能。新店溪的共域區，我們以外形判斷，結果與DNA分析不符者約為8% (6/75)。以目前的資料，我們無法確定這些是純粹誤判或者有雜交個體。此外，經由粒線體DNA分析我們發現於原本只有南部粗首的枋山溪已有北部粗首的出現，而且比例佔了樣本的一半。由於北部粗首與南部粗首外型相似，二者於共域區可能有雜交危機。 三、「台灣鳥類的海拔梯度適應與遺傳多樣性研究 (Ⅱ)」： 台灣陸地的海拔高度在極短的距離內，形成從海平面至近四千公尺的劇烈變化，使得生物在不同海拔高度的棲地，面臨截然不同的天擇壓力，有利於生物進一步的分化。繡眼畫眉分布於海平面至海拔三千公尺以上山區，有可能面臨極不均質的天擇壓力，因此適合作為檢驗台灣複雜多變的生態環境，促進物種分化作用的模式。近期已針對繡眼畫眉，開發了14個適當的微衛星體遺傳標記，可用於研究繡眼畫眉族群間的遺傳分化。初步共使用了10個微衛星體基因座，檢測合歡山系海拔梯度上，六個繡眼畫眉族群間的遺傳分化情形。目前結果顯示，繡眼畫眉族群間並沒有明顯地遺傳分化(FST < 0.05)，但仍存在細微的遺傳結構。並且族群間遺傳分化的程度和地理距離上的遠近，存在相當的相關性。FST值普遍偏低的結果，一般被視為，物種在族群間的移動沒有高度地限制。然而，除此之外，還有可能是受到過去族群變動的影響。貝氏天際線圖的結果顯示，繡眼畫眉的確曾經歷過族群擴張，並且近期族群間的遷移速率均不高（除了人倫林道族群）。未來我們計畫增加同一海拔範圍上的採樣點，並且比較垂直距離上以及水平距離上，繡眼畫眉族群間，遺傳分化程度的不同。我們預期，由於海拔差異所形成的生態梯度，將使得繡眼畫眉族群間，垂直距離上的遺傳分化將大於水平距離上的遺傳分化。 四、「臺灣野生鼠科動物腸道生態系厭氧菌相研究 (Ⅰ)」： 腸道生態系的健全與否能影響寄主的健康與存活. 而腸道生態系裡上百種微生物的組合, 更讓這個小小的環境成為地球上最複雜的生態系統之一. 目前對哺乳類腸道菌相的研究多利用實驗室的老鼠為材料. 本研究以在野外捕捉的家鼷鼠, 臺灣森鼠, 及緬甸小鼠為材料分離腸道內細菌. 總計由家鼷鼠, 臺灣森鼠及緬甸小鼠分別分離出 86, 121 及158 菌株, 其中 32, 41 及75 株為厭氧菌株. 這些菌株可供未來進一步研究的材料. 分離菌株經 16S rRNA 基因序列鑑定分別屬於Clostridium, Bacteroides, Veillonella 三個屬. 我們利用掃瞄式電子顯微鏡觀察腸道分離菌的外部形態, 但並未發現明顯的外部特徵. 五、「台灣高山地區小型哺乳類遺傳多樣性之研究：黑腹絨鼠與高山田鼠之親緣地理學研究 (Ⅱ)」： 台灣高山生態系是台灣地區生物多樣性最豐富的場所，不但特有比例高且是野生動物保護的重要區域。然高聳的山脈對島上的生物族群擴散形成極大的阻隔，物種可能受到不同山系間的山谷或是分布在山脈中不同的河系所形成的深蝕河谷阻礙，導致無法在各山系間進行擴散而形成被隔離的族群。因此探討高山島嶼對棲地、物種及基因的影響為當今生物多樣性保育研究的重要課題。倉鼠科（Criticidae）為溫帶型小型鼠類，台灣高山地區共分佈有兩種即黑腹絨鼠（Eothenomys melanogaster）與高山田鼠（Microtus kikuchii），分布於海拔2000公尺~3500公尺山區。本研究即檢視此兩種田鼠類之細胞遺傳建立個體核型資料，及分析粒線體及核DNA分子序列差異並建立台灣高山山系區域族群之親緣地理關係，以瞭解台灣高山生態系對生物多樣性遺傳多樣性之影響。黑腹絨鼠於18個採集地點捕獲樣本83隻，高山田鼠7個採集地點共103隻。台灣黑腹絨鼠族群可分為兩核型群，差異在於X染色體的形狀，一群X染色體為acrocentric，另一群為submetametric，呈南北分群現象；DNA分子資料顯示cytb、IRBP及G6pd此三段不同的基因獲得的序列資訊，所建構的親緣關係樹型亦支持台灣黑腹絨鼠南北分群現象。台灣黑腹絨鼠南北群親緣關係為monophyly，起源相同自同一祖先族群分化出。高山田鼠Conventational核型於合歡山及阿里山個體並無發現任何染色體上的變異，以DNA粒線體控制區部分序列所建構出的親緣關係樹，其樹型結構上可分為南北兩群，且來自相同採集點的個體自成小群（subclade），顯示高山田鼠不同山頂的族群間可能受到隔離而產生遺傳分化。另外，Microtus屬M. montebelli、M. oeconomus之11個微隨體基因座適用於台灣高山田鼠。 六、「台灣高山地區蜘蛛之絲基因多樣性研究 (Ⅱ)」： 我們選取了分佈於高UV、強風環境下之二角塵蜘及分佈於干擾較小之低海拔森林環境之長銀塵蜘進行蜘蛛絲物性及胺基酸組成之比較。二角塵蛛的絲胺基酸組成中具有較高的比例的丙氨酸及甘氨酸。由於丙氨酸及甘氨酸為蜘蛛絲中主要形成結晶構造，因此推測前者之絲有較佳之強度。由應力應變曲線之趨勢也顯示二角塵蛛的絲具有較大的應力及斷裂能量。此外，在考慮蜘蛛體重及絲直徑之情況下，二角塵蛛的網其縱絲數雖少，但其張力卻顯著高於長銀塵蛛。目前正探討絲基因之重複片段組成及次級結構為何。 七、「台灣山區溪流蛙類之生活史適應與基因多樣性研究：以盤古蟾蜍及梭德氏赤蛙為例 (II)」： 由於兩棲類對環境變遷的敏感度高，使得海拔廣布型兩棲類在不同海拔區域間極易出現生活史適應的差異，而生活史特質的變異是否會影響其遺傳組成，則是本研究所欲探討的課題。本研究希望藉由不同海拔之盤古蟾蜍及梭德氏赤蛙之生殖季節、產卵時間及蝌蚪期長度等生活史特質及採集適量之蝌蚪與成蛙測量其型態特徵，並進行mtDNA及核DNA的遺傳變異分析先期實驗，以探討海拔梯度變化對這兩種海拔廣泛分布之溪流蛙類的影響。目前本研究於嘉義地區共設立8個不同海拔調查樣區，其海拔介於300至2,300公尺，每個樣區的海拔差距大約在200至300公尺之間。結果共記錄有盤古蟾蜍、梭德氏赤蛙、斯文豪氏赤蛙、日本樹蛙及褐樹蛙等5種溪流蛙類。其中盤古蟾蜍的低海拔族群主於9、10月間進行繁殖，屬中海拔的湖底橋樣區族群則較不穩定，而2,000公尺以上的高海拔族群則在3、4月及7、8月份間各有一次聚集繁殖的現象。梭德氏赤蛙的高海拔族群主於6月底進行繁殖，而中、低海拔族群則於10月間進行繁殖，其蝌蚪期有隨海拔上升而延長之現象。兩種蛙類的雄蛙體型有隨著海拔升高而減小的趨勢，而蝌蚪的體型則有隨海拔升高而增大的趨勢，但身長與體長的比例變化則不大。另外，梭德氏赤蛙的高海拔族群年齡組成較大，而繁殖族群數量較小。而在mtDNA及核DNA的分子遺傳摽記篩選上，則以mtDNA的測試較為穩定，將評估作為後續族群遺傳變異的分子遺傳標記。