中国鲚属鱼类物种有效性及刀鲚种群遗传结构研究

论文摘要

分析了9个群体214尾刀鲚Coilia nasus、湖鲚C. nasus taihuensis、短颌鲚C. brachygnathus、七丝鲚C. grayii及凤鲚C. mystus个体的COⅠ基因DNA条形码序列变异。结果显示,密码子碱基组成存在明显的偏倚性,GC含量的高低顺序为1st>2nd>3rd,群体间密码子碱基组成差异不明显。所有个体共包含71种单倍型,单倍型共享现象在刀鲚、湖鲚、短颌鲚群体间频繁出现。单突变位点主要集中在100bp和600bp附近。刀鲚、短颌鲚和湖鲚群体间的遗传距离在0.253%-0.557%之间,这与群体内的遗传差异相近,却显著低于COⅠ基因DNA条形码鉴别不同物种2%的遗传距离阈值,也不符合种间差异大于种内差异10倍的物种鉴定规则,因此表明这3个群体应为同一物种。但是凤鲚两群体间的遗传距离为5.080%,远大于2%的鉴别阈值,显示凤鲚两群体出现明显的分化,其程度至少已达亚种级差异水平。以日本鳀Engraulis japonicus为外群,用邻接法（NJ）、最大简约法（MP）和最大似然法（ML）构建了分子系统树显示,刀鲚、湖鲚和短颌鲚群体聚在一起,未能各自形成单系;凤鲚根据地理分布聚为两支;七丝鲚则聚成单系。表明COⅠ基因条形码技术可用于我国鲚属物种的鉴定。在确定刀鲚、湖鲚和短颌鲚为同一物种之后,进一步对刀鲚6个群体（舟山ZS、靖江JJ、太湖TH、九段沙JD、鄱阳湖PYH、有明海AR）的遗传结构和演化历史进行了研究。结果显示:种群分化指数Fst和基因交流值Nm分别在0.17%- 48.1%和0.54-288范围内,鄱阳湖群体与其余群体间的Fst值显著大于,Nm值显著小于其余群体之间的数值。K-2-P遗传距离、AMOVA分析结果以及基于COⅠ基因DNA条形码序列构建的NJ树的结果均表明,长江中游的鄱阳湖群体与下游群体发生较为明显的分化,而长江中下游及日本有明海刀鲚群体间未发生明显的地理分化。中性检验和网络亲缘关系分析皆表明,刀鲚群体整体经历过种群扩张的历史,扩张时间约在更新世末期的0.028-0. 038百万年前,这可能与末次盛冰期时海平面升降有关。采用PIMA法（PCR isolation of microsatellite arrays）分离多态性较高的刀鲚微卫星标记,结果得到102个含有5次以上重复的微卫星的序列,设计并合成了21对微卫星引物,经严格筛选得到11对多态性高且稳定的微卫星引物,利用这11对引物对6个刀鲚群体（舟山ZS、靖江JJ、太湖TH、九段沙JD、鄱阳湖PYH、有明海AR）的遗传结构和种群历史进行分析。11对微卫星引物的平均多态信息指数PIC为0.7485,每对引物扩增出的等位基因数5-14个,平均8.45个,Micro-checker检测未发现无意等位基因（Null Allele）。6个群体中,PYH、AR群体的平均等位基因数和PIC值（分别为5.273、0.5983和5.455、0.6082）显著低于其余4个群体的平均值（7.128、0.7177）,表现出了较低的遗传多样性。11个微卫星位点中,除了micro639位点外,其余位点均在不同群体中出现偏离Hardy-Weinberg平衡的现象,舟山ZS、靖江JJ、太湖TH、九段沙JD、鄱阳湖PYH、有明海AR 6个群体偏离Hardy-Weinberg平衡的位点个数分别为4、4、4、3、4、1,AR群体偏离平衡的位点数显著小于其他群体。群体间分化指数Fst和基因交流值Nm分别在0.39%-13.4%和1.5223-63.5255范围内,其中PYH、AR群体与其他群体之间的Fst平均值（12.7%）远大于ZS、JD、TH、JJ 4个群体之间Fst平均值（0.97%）;而Nm均值（1.72）则远小于4个群体间的Nm均值（29.98）。另外,AMOVA分析和基于Bayesian模型的聚类结果均表明,PYH群体、AR群体与长江下游的其他群体发生了一定程度的分化,而且PYH群体的分化趋势更明显,但是长江下游的4个群体间交流频繁,未出现分化迹象。Bottleneck分析得出刀鲚群体整体曾经历过强烈的瓶颈效应,而其中的AR群体则几乎未受其影响。我们推测现今日本有明海附近的刀鲚可能是由原本分布在长江口及外海广大区域的刀鲚群体在更新世末期海平面下降时受困于日本九州岛西南侧深水区域,后经历间冰期海平面上升和对马暖流的阻隔从而逐渐与长江口群体失去交流而形成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 鲚属鱼类概况
• 1.1.1 分类学概述
• 1.1.2 生物学特征
• 1.1.3 资源现状
• 1.2 物种有效性研究方法
• 1.2.1 物种概念
• 1.2.2 物种有效性的研究方法
• 1.2.3 DNA 条形码在鱼类遗传多样性研究中的应用
• 1.3 遗传多样性的研究方法
• 1.3.1 遗传多样性的概念与研究内容
• 1.3.2 常用的DNA 分子标记
• 1.4 鲚属鱼类遗传多样性的研究现状
• 1.5 本研究的目的和意义
• 第二章 基于线粒体COⅠ基因DNA条形码的中国鲚属鱼类物种有效性及刀鲚种群遗传结构研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 基因组DNA 提取
• 2.2.3 线粒体COⅠ基因条形码序列的扩增与测序
• 2.2.4 数据分析
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 线粒体COⅠ基因条形码序列信息
• 2.3.2 遗传距离与系统进化关系
• 2.3.3 刀鲚、湖鲚和短颌鲚间的遗传结构
• 2.4 讨论
• 2.4.1 我国鲚属鱼类的物种有效性
• 2.4.2 刀鲚种群结构与历史
• 第三章 中国刀鲚的微卫星标记筛选与种群遗传结构研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 微卫星引物开发
• 3.2.3 数据分析方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 微卫星引物分离
• 3.3.2 群体遗传多样性
• 3.3.3 Hardy-Weinberg 平衡
• 3.3.4 瓶颈效应
• 3.3.5 刀鲚群体结构
• 3.4 讨论
• 3.4.1 Hardy-Weinberg 平衡偏离的原因
• 3.4.2 中国刀鲚群体遗传结构及地理分化
• 3.4.3 日本有明海刀鲚群体的形成
• 小结
• 参考文献
• 致谢