鳀科鱼类分子系统进化及凤鲚、刀鲚遗传多样性研究

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本研究通过线粒体16SrRNA和Cytb基因序列变异,初步探讨了我国鳀科鱼类的系统发生关系,分析了属间及近缘种间的分类地位等。同时以我国的刀鲚和凤鲚为研究对象,通过线粒体基因序列变异,研究分析了3个群体的凤鲚和10个群体的刀鲚的遗传多样。1鳀科鱼类系统进化研究以鳀科鱼类为研究对象,分析其线粒体16SrRNA基因和Cytb基因片断序列,探讨了5属11种中国鳀科鱼类的亲缘关系。得到16SrRNA可比序列长度为472bp-501bp,共存在20个插入/缺失,125个变异位点,总体上看,序列中转换多于颠换,转换/颠换之比为1.4。得到Cytb序列长度为1138bp,共编码379个核苷酸,其中有452个变异位点,55个核苷酸变异,但没有发现缺失和终止密码子,变异位点百分率为39.72%。根据16SrRNA基因片段差异计算的种间遗传距离从0.22%(黄吻棱鳀与中颌棱鳀,刀鲚和凤鲚)到18.54%(长颌棱鳀和康氏侧带小公鱼),Cytb基因片段差异计算的种间遗传距离从0.6%(黄吻棱鳀与中颌棱鳀)到23.8%(长颌棱鳀和康氏侧带小公鱼)。16SrRNA基因片断构建的系统树中,支持杜氏棱鳀和汉氏棱鳀互为姐妹种,而在Cytb基因片断构建的系统树中,黄吻棱鳀和中颌棱鳀聚类后,先与汉氏棱鳀相聚,再与长颌棱鳀聚类,然后再与杜氏棱鳀相聚。另外,在16SrRNA基因片段构建的系统树中,棱鳀属依次和鲚属,黄鲫属相聚,再与棱鳀属的赤鼻棱鳀相聚;最后与鳀属和侧带小公鱼属形成的分支相聚。而在Cytb基因片断构建的系统树中棱鳀属先与和黄鲫属相聚,然后与鲚属相聚,再与棱鳀属的赤鼻棱鳀相聚;最后与侧带小公鱼属和鳀属相聚。将16SrRNA和Cytb序列进行合并,得到支持率比较高的NJ树,属间关系与根据Cytb序列得到的NJ树比较一致。赤鼻棱鳀自成单独的一支,将赤鼻棱鳀从棱鳀属中划分出来是合理的。2凤鲚群体遗传多样性研究为研究凤鲚的长江群体、闽江群体和珠江群体的序列变异和遗传多样性,对线粒体的16SrRNA和Cytb基因片段序列进行分析。共收集了65尾鱼的样本(长江21尾,闽江和珠江各22尾)。结果表明:1) 16SrRNA:65个序列中共检测到19种单倍型。获得三群体一致序列片断长470bp,其中38个为变异位点,16个为简约位点;A+T的含量(56.3%)大于G+C的含量(43.7%)。长江、闽江、珠江三个群体的核苷酸多态性指数分别为0.108%、0.843%和0.097%,其中闽江群体的遗传多样性指数最高。长江群体内遗传距离在0.2%-0.4%之间,闽江群体内遗传距离在0.2%-4.1%之间,珠江群体内遗传距离在0.2%-0.6%之间。长江和闽江、珠江群体间的遗传距离相对较大,分别为1.9%和1.5%,而闽江和珠江群体间的遗传距离相对较小为0.5%。AMOVA分析显示群体间的变异占总变异的74.61%,提示三群体可能有相互隔离的遗传结构。2) Cytb:共获得3群体Cyt b基因片断607 bp的一致序列。序列有102个变异位点,总变异率为16.8%,其中68个为简约位点。各单倍型的变异全部是转换或颠换,无插入和缺失。(A+T)含量为57.6%,大于(G+C)42.4%的含量。核苷酸多态性以闽江群体最高,其它两群体较低。自然选择检验显示3群体内部在分子水平上存在自然选择作用。在所获得的65个序列中,共检测到34种单倍型。群体内的遗传距离为0.3%-1.2%之间,群体间遗传距离在0.8%-10.8%之间。长江群体与珠江群体之间的遗传距离较大为10.8%,长江群体与闽江群体间的遗传距离为10.6%,而珠江和闽江群体之间的遗传距离最小为0.8%。AMOVA分析显示,群体间遗传变异占总变异的90.25%,群体内的遗传变异占总变异的9.75%,提示群体间变异是总变异的主要来源。研究结果提示长江群体和闽江以及珠江群体间的分化可能已达亚种水平。3刀鲚群体遗传多样性研究为研究刀鲚的群体遗传多样性和遗传结构,分别对mtDNA Cytb基因、D-loop区片段序列进行分析。结果表明:1) Cytb:279个序列中共检测到97种单倍型。获得10个群体刀鲚的Cytb基因全序列,单倍型多样性为0.6433(DT)-0.9517(AQ),核苷酸多样性为0.16%(LYG)-1.23%(WH)。群体内遗传距离为0.16%(LYG)-1.26%(WH),群体间遗传距离为0.18%(LYG和TH)-2.66%(FZ和SJG),其中FZ群体与其他群体间的遗传距离均在2%以上,LYG群体和TH群体间的遗传距离最小。Fst分析结果表明不同地理组群间具有显著的遗传分化水平。单倍型间的NJ系统进化树和网络关系图也表明显著的地理分化格局。AMOVA分析显示群体间的变异显著,提示刀鲚群体可能有相互隔离的遗传结构。同时,中性检验和错配分布表明刀鲚历史上曾经历过种群扩张,扩张时间大约在110,000年前。2) D-loop:共获得刀鲚10个群体的246条D-loop序列,共定义了184个单倍型,单倍型多样性为0.6433(DT)-0.9517(AQ),核苷酸多样性为0.16%(LYG)-1.23%(WH)。表明群体具有相对较高的单倍型多样性和较低的核苷酸多样性水平。许多单倍型为群体特有单倍型,NJ系统进化树表明FZ群体与其它群体间具有显著的地理结构格局。同样,AMOVA分析和Fst统计分析表明群体间的变异显著,地域间基因流动有限。基于D-loop序列变异的中性检验和错配分布表明刀鲚可能经历过种群扩张。4刀鲚多态微卫星标记的开发及3个群体遗传多样性分析采用FIASCO (fast isolation by AFLP of sequences containing repeats)方法构建了刀鲚基因组富集文库(AC重复),通过克隆、测序获得了97条含有微卫星重复序列,成功设计了70对微卫星引物,最终获得16个多态的微卫星位点。微卫星引物的跨种扩增结果表明,除D139外,其它均能在凤鲚中稳定的扩增到清晰的目的条带,13对引物能够扩增到多态的目的条带,每个位点的等位基因数目在2-6个之间。这些微卫星标记可为刀鲚的种质资源评估、遗传多样性和遗传结构分析、遗传连锁图谱构建等提供候选标记。利用微卫星技术对刀鲚3个地理群体的遗传多样性进行了分析。对7个微卫星位点进行了扩增,共产生58个等位基因,每个位点产生的等位基因数从4到11个不等。3个群体的多态信息含量PIC值从0.516到0.633,以DD群体最高,FZ群体最低,说明这7个微卫星位点在刀鲚中具有较高的信息含量。3个群体的Shannon多样性指数为1.0892-1.4068,基因多样性指数为2.9887-4.1096,均以FZ群体最低,DD群体最高。平均观测杂合度(Ho)为0.2518-0.6655,其中FZ最低,WH最高,平均期望杂合度(He)为0.5794-0.6783。3个刀鲚群体Hardy-Weinberg平衡偏离常数均发生了不同程度的偏离。通过检测,在3个群体中均未发现位点间连锁不平衡。群体间遗传距离最大的为WH群体与FZ群体(0.303),说明这两个群体间遗传差异最大;DD群体与WH群体的遗传距离最小(0.200)。由UPGMA聚类图可以看出:刀鲚DD群体与WH群体聚成一支,然后再与FZ群体聚类。
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