Diversity of Taiwanese Brackish Crabs Genus Ptychognathus Based on DNA Barcodes with Descriptions of Two New Species
Abstract
Species in the brackish crab genus Ptychognathus are common in the seashore and estuary habitats with freshwater input. Due to their similar morphologies and dull colorations, it is always difficult to distinguish the species in this genus. In this study, the DNA barcode gene COI (cytochrome c oxidase subunit I) was used to help identify Ptychognathus from Taiwan. The results showed that the 10 species can be identified successfully based on COI, with intraspecific distances below 1.54% and interspecific distances of 12.2%– 19.57%. In addition, two new species of Ptychognathus are described from Taiwan. Ptychognathus makii sp. nov. from southern Taiwan is similar to P. altimanus (Rathbun, 1914), and P. stimpsoni sp. nov. from southern Taiwan and the southern Philippines resembles P. aff. barbatus (A. Milne-Edwards, 1873) and P. pusillus Heller, 1865. Both species can be distinguished from other congeners by a suite of characters, including the carapace, orbital region, frontal region, telson of male pleon, male first gonopod, and setae on ambulatory legs.
Methodology and Implementation Steps
於全臺灣 (包括離島) 多處樣點進行採樣，採集著重於不同類型的河口與受淡水影響的海岸。拍攝生態照後，以徒手或撈網採集折顎蟹標本保存於酒精中。後續使用解剖顯微鏡進行形態檢視，記錄並描述其重要形態特徵。在確認並記錄形態後進行 DNA 萃取，並將萃取後的 DNA 進行聚合酶連鎖反應(polymerase chain reaction, PCR)，使用 LCO1490 與 HCO2198 之 引子，並將 PCR 產物送至生技公司使用自動定序儀取得序列。取得序列後，使用 MEGA 軟體 (vers. 10.0.5) 並採用 Kimura (1980) 2-parameter (K2P) model 與 complete deletion 選項，建構 COI 基因片段的 Neighbor-Joining (NJ) 樹。此外，樣本間的鹼基 (bp) 差異數量及 K2P model下的成對遺傳距離估算亦使用 MEGA 進行計算，以評估其遺傳多樣性。結果顯示，臺灣的折顎蟹可依據形態分為 10 個物種，有效的分類特徵如背甲、螯足、步足、生殖肢與生殖孔等。分子結果部分，COI 基因片段可成功區分 10 個形態物種，種內遺傳距離低於 1.54%，種間距離則為 12.2%–19.57%，具明顯的差異。此外，基於形態與 COI 差異，本團隊於此研究與後續研究總共描述了分布於臺灣的 4 個新種：牧氏折顎蟹 Ptychognathus makii、斯氏折顎蟹 P. stimpsoni、酒井折顎蟹 P. sakaii、大姊折顎蟹 P. dajie。
Innovation and Cross-Disciplinary Collaboration
本研究結合傳統形態分類與 DNA 條碼技術，系統性整理台灣的折顎蟹屬多樣性，建立精確鑑定標準與資訊。結果確認 10 種 (含 2 新種及 1 未知種)，並為全球此屬分類學提供重要資料。雖然弓蟹科為海岸常見蟹類，但以往相關分子資訊卻非常不足，本研究亦驗證 DNA 條碼在其鑑定物種上的適用性。除折顎蟹屬外，申請人亦以此技術檢視其他弓蟹科，新增臺灣紀錄種 7 種及新種 3 種，並提供多種 COI 基因序列，有助於後續分類、保育與生物多樣性研究。
Expected Results and Contributions
臺灣以往對弓蟹科研究相對不足，但其為海濱與河口常見蟹類，部分因獨特形態 (如啦啦蟹) 被作為寵物販售。本研究發現臺灣的折顎蟹多樣性極高，且部分物種為僅分布於臺灣與鄰近區域，顯示河口生態系的獨特性。應用 DNA 條碼鑑定可降低鑑種門檻、減少錯誤，並助於物種監測與生態調查；類似方法亦可推廣至其他蟹類，以促進保育與管理。此外，研究成果亦可作為政策依據，如河口保護區設立、環境影響評估及物種保護名錄更新。
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