基于线粒体控制区D-loop序列的洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性分析.pdf

第 卷第 期 年 月南京师大学报(自然科学版)()收稿日期:.基金项目:江苏省农业科技自主创新项目()、和 年度省级单位项目().通讯作者:李大命博士研究员研究方向:渔业种质资源监测和评估.:.:./.基于线粒体控制区 序列的洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性分析杨子萍李大命刘燕山谷先坤杨家新(.南京师范大学海洋科学与工程学院江苏 南京)(.江苏省淡水水产研究所江苏省内陆水域渔业资源重点实验室江苏 南京)摘要 为掌握洪泽湖翘嘴鲌()种质资源遗传多样性状况采集洪泽湖 个群体共 尾翘嘴鲌采用线粒体控制区 全序列进行遗传多样性分析.结果显示翘嘴鲌线粒体 序列长度为 碱基()含量(.)明显高于()含量(.).条 序列检出 个变异位点其中有 个单一信息位点 个简约信息位点.个群体发现 个单倍型全部群体的单倍型多样性()和核苷酸多样性()分别为(.)和(.)呈现出高 和低 的遗传多样性模式.个群体中洪泽湖群体的遗传多样性最高(:.:.)顾勒河群体的遗传多样性最低(:.:.).分子方差分析表明群体间的分子变异占比.群体内的分子变异占比.分子变异主要发生在群体内.群体间遗传分化指数 为.(.)表明群体间没有出现遗传分化.单倍型系统进化树和单倍型网络结构图显示群体间拥有多个共享单倍型单倍型聚为一个进化分支没有形成特定的地理遗传结构.中性检验结果表明洪泽湖翘嘴鲌群体没有经历显著种群扩张事件.研究结果表明洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性较低 个群体间基因交流频繁遗传分化不显著可将 个群体作为一个管理单元进行保护需采取措施提高翘嘴鲌遗传多样性及恢复其种群数量.关键词 翘嘴鲌控制区序列遗传多样性洪泽湖中图分类号 文献标志码 文章编号()(.)(.):.()(.)()(.).()(.)()(.).(:.:.)(:.:.).杨子萍等:基于线粒体控制区 序列的洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性分析.(.).:翘嘴鲌()属于鲤形目()、鲤科()、鲌亚科()、鲌属()俗称白鱼、翘嘴白丝、大白鱼广泛分布于我国各水系.翘嘴鲌是鲌属中最大的一种鱼类与松江鲈、黄河鲤、松花江鲑誉为中国四大名鱼.翘嘴鲌生长速度快、肉质细嫩洁白、肉味鲜美、营养丰富、经济价值较高是我国主要经济鱼类和常见的养殖品种之一.翘嘴鲌为凶猛肉食性鱼类是水域生态系统中的顶级消费者其能有效控制小型鱼类种群数量减轻小型鱼类对浮游生物的压力在稳定生态系统结构和功能中发挥重要作用.多年来受过度捕捞、环境污染及栖息地破坏的不利影响翘嘴鲌野生资源遭到严重破坏导致其种群数量急剧减少个体小型化、低龄化趋势严重恢复翘嘴鲌种质资源成为亟待解决的问题.迄今有关翘嘴鲌的研究主要集中在生长、繁殖、养殖技术、资源调查等方面而有关翘嘴鲌野生资源的遗传现状需加强研究.遗传多样性即基因多样性是物种生存和进化的基础也是评价物种资源状况的重要参数.动物线粒体()作为核外遗传物质具有分子小、结构简单、进化快、严格的母系遗传等特点已成为群体遗传学和分子系统学研究的重要分子标记.控制区()是线粒体 上的一段非编码区进化压力小、遗传变异程度高是线粒体 中进化速率最快的序列被广泛用于鱼类群体水平的遗传变异分析.洪泽湖水域面积约 是我国第四大淡水湖泊也是江苏省第二大湖泊.洪泽湖具有相对稳定的水位、宽广的水域和丰富的水生生物资源为渔业的发展提供了良好的条件是我国主要淡水渔业基地之一.早在 世纪 年代国内相关单位就对洪泽湖鱼类及渔业资源开展了调查研究.近年来的监测结果显示洪泽湖鱼类物种数量减少群落结构发生较大变化鱼类小型化趋势严重大型食鱼性鱼类如翘嘴鲌等资源衰退严重.为了增加洪泽湖翘嘴鲌资源量及改善鱼类群落结构渔业管理部门在洪泽湖开展了翘嘴鲌增殖放流活动.但盲目人工放流可能会导致物种野生群体遗传多样性降低甚至造成遗传污染.为了避免人工放流群体对野生群体的不利影响应在放流之前评估野生群体的遗传特征.本研究采用线粒体控制 序列对洪泽湖翘嘴鲌群体遗传多样性进行分析一方面可以全面了解洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性和遗传结构另一方面可以为翘嘴鲌增殖放流、种质资源保护及利用提供科学依据.材料与方法.实验材料 年和 年开展洪泽湖渔业资源调查在 个采样点共采集翘嘴鲌 尾其中洪泽群体()尾高渡群体()尾顾勒河群体()尾新开河群体()尾、临淮群体()尾马浪岗群体()尾各群体样品采样点位置见图.测量每尾鱼体长和体重并剪取尾鳍组织放入无水乙醇中保存.提取、扩增和测序采用 公司试剂盒提取翘嘴鲌的基因组 采用琼脂糖凝胶电泳检测 质量将 保存于 备用.扩增翘嘴鲌线粒体控制区的引物为 :和 :由上海生工生物工程股份有限公司合成.反应体系为 :(./、./、./、色素、比重增加物和稳定剂)上下游引物各(/)模板(/).扩增程序:预变性 南京师大学报(自然科学版)第 卷第 期(年)图 翘嘴鲌群体采样点 变性 复性 延伸 扩增 个循环 延伸 .扩增反应在 仪上完成 产物经 琼脂糖凝胶电泳检测合格的 产物送上海生工生物工程股份有限公司进行双向测序.数据处理和分析采用 .软件读取测序结果对序列进行编辑和拼接开展序列多重比对.采用 .软件统计序列的碱基组成、突变位点数和突变类型计算群体间的 双参数遗传距离.应用邻接法()构建单倍型分子系统发育树系统树中节点的自举置信水平应用自引导估计循环次数为 次.采用 软件构建单倍型网络图用以展示单倍型之间的进化关系.采用 .软件计算群体的单倍型多样性、核苷酸多样性、平均核苷酸差异数等遗传多样性参数.采用 .软件进行分子方差()分析通过群体间及群体内变异程度计算两两群体间的遗传分化指数 值.采用 及 中性检验及核酸错配分布曲线判定翘嘴鲌群体历史动态.结果与讨论.序列变异和遗传多样性获得 个群体 尾翘嘴鲌的线粒体 区序列长度为 其中 条 区序列长度为 条 区序列长度为 该 条序列在 和 位点出现碱基缺失.所有序列的、和 的平均含量分别为.、.、.和.其中 含量(.)明显高于 含量(.)表现出明显的碱基组成偏倚性.条 区序列检出 个核苷酸变异位点其中有 个单核苷酸变异位点 个简约信息位点.共获得 个单倍型整体单倍型多样性为(.)核苷酸多样性为(.)(表).个群体中洪泽群体的遗传多样性最大(:.:.)顾勒河群体遗传多样性最小(:.:.).表 洪泽湖翘嘴鲌群体遗传多样性参数 .群体 样品数量 变异位点 单倍型数量 单倍型多样性 核苷酸多样性 平均核苷酸差异数.总体.注:.群体单倍型组成和系统发育关系 个翘嘴鲌群体共检出 个单倍型其中有 个共享单倍型和 个独享单倍型(表).个单倍型、为群体的共享单倍型个体数量有 个占整个群体的比例为.单倍型、为部分群体共享单倍型、和 为群体独享单倍型数量均为 个.共享单倍型的个体数量有 个占整个群体的比例为.提示 个群体间存在广泛的基因交流.杨子萍等:基于线粒体控制区 序列的洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性分析表 洪泽湖 个翘嘴鲌群体单倍型组成 .单倍型群体 以鲌亚科的蒙古鲌()和达氏鲌()为外类群采用邻接法构建单倍型分子系统发育树(图).结果显示所有单倍型聚为一支各群体的单倍型相互交叉分布没有形成与地理群体相对应的谱系关系与单倍型网络结构图相一致(图)表明 个群体之间基因交流频繁群体间遗传分化较小.图 洪泽湖翘嘴鲌单倍型 系统树 .图 翘嘴鲌单倍型网络结构图 .群体间遗传距离和遗传分化根据 双参数模型计算群体间遗传距离(表)结果显示 个群体间的遗传距离为.和 群体间遗传距离最小 和 群体间遗传距离最大平均遗传距离为.显示群体间遗传变异较小亲缘关系较近.分子方差分析结果显示(表)群体内个体间的分子变异占比为.只有.的变异发生在南京师大学报(自然科学版)第 卷第 期(年)群体间遗传分化指数 值为.(.)说明 个群体间的差异不显著遗传分化不明显.两两群体间 值为.统计检验结果均不显著也说明群体间存在较大的基因流遗传分化不显著(表).表 群体间遗传距离(对角线下)和遗传分化指数(对角线上)()()().群体 .表 洪泽湖翘嘴鲌群体分子方差分析 .变异来源 自由度方差和 变异组分 变异比例 遗传分化指数群体间 .群体内 .合计.群体历史动态采用核苷酸错配分布、和 中性检验分析翘嘴鲌群体历史动态.结果显示洪泽和高渡群体核苷酸错配分布曲线呈现多峰分布且 和 检验均不显著(.)未检测到种群扩张.其他 个群体的核苷酸错配分布曲线呈现单峰型但 和 检验均不显著(.)表明这 个群体未显著偏离种群扩张模型.将 个群体作为整体分析其核苷酸错配分布曲线呈现为单峰型但 和 检验均不显著(.)说明翘嘴鲌群体在近期历史上群体大小保持稳定未发生显著的种群扩张事件.表 洪泽湖翘嘴鲌群体的中性检验 .群体中性检验 .总体.讨论遗传多样性的研究是生物多样性研究的重要内容只有通过遗传多样性的研究才能从本质上揭示物种多样性的起源、变异和进化.单倍型多样度()和核苷酸多样度()是评价一个群体遗传多样性主要指标和 值越大表明群体的遗传多样性越丰富.核苷酸多态性考虑各种单倍型在群体中所占的比例指示的群体多态程度更为精确.由研究结果可知基于 序列 个翘嘴鲌群体的 和 值分别为(.)(.)和(.)(.)整个群体的 和值分别为(.)和(.).等将 和 之间的关系分为 种类型:高 高、高 低、低 高 和低 低.由此可以看出洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性属于高 低 型暗示其遗传多样性较低.有研究结果显示我国翘嘴鲌在其他水系或地理群体的遗传多样性也具有高低 特点比如我国东部 个湖泊群体 基因的 和 值分别为.和.长江杨子萍等:基于线粒体控制区 序列的洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性分析图 翘嘴鲌群体核苷酸错配分布曲线 .水系翘嘴鲌的 和 值分别为(.)和(.)我国 个湖泊群体 基因的 和 值分别为(.)和(.)我国 个湖泊群体或水库群体的 和 值分别为(.)和(.)滆湖群体 基因的 和 值分别为.和.均表明我国野生翘嘴鲌种质资源遗传多样性较低.多年来受环境污染、过度捕捞、栖息地丧失等不利因素的影响导致翘嘴鲌野生种群数量急剧减少遗传多样性丧失.一般而言鱼类遗传多样性具有高 低 的特征被认为是小的有效群体经过一段时间的稳定后发生了扩张快速的种群扩张有利于群体单倍型数量增加但是 变异所需经历的时间通常要远远长于单倍型数量变化的时间因而形成了高 低 的进化特征.从整体看洪泽湖翘嘴鲌的核苷酸分布曲线呈单峰型但 和 检验均不显著(.)说明翘嘴鲌群体在近期历史上大小保持相对稳定未出现显著的种群扩张.由此可以推测翘嘴鲌高 低 的形成可能是在第四纪冰期期间受种群“瓶颈效应”打击之后未发生明显的种群扩张事件导致遗传多样性偏低.遗传分化指数()是评估群体之间遗传分化程度的的重要参数.指出若 为.表明其各亚群间不存在分化若 为.表明其各亚群间存在中度分化若 为.则为高度分化.分子方差分析结果显示群体内个体间分子变异占比为.群体间分子变异占比.大部分遗传变异发生在群体内个体间.整个群体的 值为.(.)表明翘嘴鲌整体上没有产生显著遗传分化.两两群体间的 值为.且统计检验均不显著(.)进一步说明翘嘴鲌群体间没有显著遗传分化.从群体的单倍型组成来看群体间具有多个共享单倍型共享单倍型的个体数量占整个群体的.说明群体间存在广泛的基因交流.另外单倍型的 系统树也显示单倍型在群体中混杂分布没有形成特定的群体遗传结构也支持上述观点.洪泽湖翘嘴鲌群体遗传结构可能由以下几个因素造成:()洪泽湖水面广阔且群体间的地理位置较近群体间无法形成地理隔离()翘嘴鲌游泳能力强活动范围广群体间有广泛的基因交流()增殖放流活动开展可能导致群体遗传结构单一群体间遗传分化程度较低.根据群体遗传结构应将 个群体作为一个管理单元进行保护.结论本研究采用线粒体 区对洪泽湖翘嘴鲌遗传多样性和遗传结构进行分析结果显示翘嘴鲌的遗传多样性呈现高 低 类型表明翘嘴鲌遗传多样性较低 个群体间没有显著遗传分化应视为一个管理单元.需要采取措施恢复洪泽湖翘嘴鲌渔业资源提高翘嘴鲌遗传多样性:()强化渔业资源管理加大执法力度严厉打击非法捕捞行为()控制环境污染治理湖泊富营养化改善鱼类栖息环境()恢复水生植被构建人工鱼巢修复水域生态环境()科学规范开展翘嘴鲌增殖放流开展放流群体遗传评估增加翘嘴鲌种群数量提高其遗传多样性水平.南京师大学报(自然科学版)第 卷第 期(年)参考文献 覃亮熊邦喜王基松等.鲌属鱼类在天然水域中的生态功能及资源增殖对策.湖北农业科学():.刘恩生吴林坤曹萍等.太湖鲌鱼数量变化规律及生态效应分析.水利渔业():.王红卫高士杰尹海富.兴凯湖翘嘴鲌的研究进展.渔业经济研究():.黄艳飞段国旗彭林平.翘嘴鲌的资源现状和生物学特征.安徽农业科学():.凌去非谭夕东许爱国.澄湖翘嘴鱼白的生长与资源保护.水利渔业():.吕帅帅管卫兵何文辉.太湖翘嘴鲌的生物学特性和条件状况研究.江苏农业科学():.徐慧东苗畅齐韩英.兴凯湖翘嘴鲌的生物学研究与养殖概况.水产学杂志():.吕大伟周彦锋葛优等.淀山湖翘嘴鲌的年龄结构与生长特性.水生生物学报():.张亚平施立明.动物线粒体 多态性的研究概况.动物学研究():.赵丽丽赵金良.中国少鳞鳜不同群体 控制区序列的遗变分析.上海水产大学学报():.诸廷俊杨金权唐文乔.长江口鲚属鱼类线粒体 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