长江中游四大家鱼放流亲本对早期资源和遗传多样性的影响研究

发布时间：2020-05-19 12:12

【摘要】：青鱼、草鱼、鲢和鳙四大家鱼广泛分布于我国各大江河及附属水体,长江是其天然种质资源的重要产地。近年来监测表明,四大家鱼的资源量正处于衰退之中。为补充长江水系四大家鱼资源并修复水生生态系统,近十年来,长江沿江省市广泛持续开展了四大家鱼的人工增殖放流活动。大规模人工放流活动对资源增殖的效果如何?人工放流群体是否对天然群体遗传多样性产生不利影响。为科学地回答以上问题,解明人工增殖放流对长江天然种质资源的影响,本论文运用线粒体D-loop序列和核基因组DNA微卫星分子标记方法,分析了2015-2017年长江中游湖北省监利江段和石首江段放流亲本对四大家鱼早期资源的影响,放流群体后代与非放流群体后代之间的遗传差异,长江中游四大家鱼渔获物遗传多样性现状。以上结果为四大家鱼种质资源保护提供基础,为增殖放流生态风险防控积累数据,为制定科学合理的增殖放流计划和资源修复策略提供重要依据。主要研究内容及结果如下:1.青鱼和鳙微卫星多重PCR体系的建立及其群体遗传学应用。本文首次报道了由四核苷酸重复微卫星组成的多重荧光PCR体系在青鱼和鳙群体中的应用。其中青鱼选用11个四核苷酸重复微卫星标记来优化多重PCR体系,将11个位点分为2个4重反应体系和一个3重反应体系;鳙选用16个四核苷酸重复微卫星标记来优化多重PCR体系,将16个微卫星位点分为4个4重反应体系。2种鱼的多重体系均具有高等位基因变异性和高多态信息含量(PIC)。对来自2个全同胞家系的39个鳙子代及其亲本进行亲子分析,累积非亲排除率(CEP)高达99.99%,有100%的子代(39/39)被明确分配给他们的真实父母。另外,本结果验证了2种鱼的多重PCR体系均成功应用于野生群体的遗传特征分析。由于在养殖场未采集到具有亲子关系的青鱼亲本和子代样本,因此本研究中青鱼多重PCR体系仅应用于群体遗传学方面。2.长江中游四大家鱼放流亲本群体微卫星基因库的补充和构建。利用微卫星分子标记对2015-2017年(鳙为2012-2017年)长江中游四大家鱼增殖放流中的草鱼和鲢放流亲本群体微卫星基因库在原来基础上进行了补充,对青鱼和鳙放流亲本群体微卫星基因库进行了构建,并用于进一步分析其遗传多样性。结果显示,青鱼放流亲本群体的有效等位基因数(Ne)为2.93~9.95,基因丰度(Ar)为11.62~16.92,期望杂合度(He)为0.838~0.903,观测杂合度(Ho)为0.765~0.900;草鱼放流亲本群体的Ne、Ar、He和Ho分别为9.56~10.57、18.27~19.45、0.872~0.885和0.953~0.999;鲢放流亲本群体的Ne、Ar、He和Ho分别为7.48~8.97、15.92~17.62、0.824~0.866和0.794~0.901;鳙放流亲本群体的Ne、Ar、He和Ho分别为2.88~5.58、3.44~4.03、0.725~0.816和0.667~0.760。分子方差分析(AMOVA)结果显示,在整个遗传变异中,4种鱼均表现为群体内个体间的变异是总变异的主要来源,变异组成显示群体间的遗传变异水平低于群体内。青鱼各放流群体的F_(ST)为0.03138,草鱼各放流群体的F_(ST)为0.05675,鲢各放流群体的F_(ST)为0.01605,鳙各放流群体的F_(ST)为0.0152。结果显示,四种鱼类放流群体的遗传多样性均处于较高水平,除了草鱼群体外,其他三种鱼类所有放流群体整体上都没有遗传分化现象发生,表明四大家鱼的亲本群体是适合放流的群体。3.长江中游四大家鱼亲本增殖放流对早期资源量的贡献。利用实验室自主建立的4种多重荧光PCR体系对长江中游2015-2017(草鱼为2016-2017)年四大家鱼放流亲本群体和早期资源调查期间采到的仔鱼群体进行了亲子鉴定分析。结果显示,青鱼共采集到9尾仔鱼,未鉴定到与放流亲本具有亲子关系的仔鱼;草鱼共采集到1122尾仔鱼,其中检测到有61尾与放流亲本具有亲子关系,包括双亲均为放流亲本的仔鱼有7尾,放流亲本与非放流亲本交配产生的仔鱼有54尾;鲢共采集到1297尾仔鱼,其中检测到有144尾与放流亲本具有亲子关系,包括双亲均为放流亲本的仔鱼有27尾,放流亲本与非放流亲本交配产生的仔鱼有117尾;鳙共采集到8尾仔鱼,未鉴定到与放流亲本具有亲子关系的仔鱼。另外,鉴定结果显示,部分放流亲本在放流之后的年份也可以产生后代。放流草鱼亲本群体在2016年和2017年对长江中游监利江段早期资源仔鱼数量的当年贡献率分别为4.84%和4.4%,总贡献率分别为4.84%和7.46%;放流鲢亲本群体在2015-2017年对早期资源仔鱼数量的当年贡献率分别为3.74%、10.37%和7.51%,总贡献率分别为3.74%、18.88%和14%。4.长江中游草鱼和鲢亲本增殖放流对早期资源遗传多样性的影响。利用微卫星DNA标记对长江中游草鱼和鲢放流后代群体、杂交后代群体和非放流后代群体的遗传差异进行分析。选取了等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、基因丰度(Ar)、观测杂合度(Ho)和期望杂合度(He)5个指标来反应遗传多样性水平。鲢各后代群体间Ar、Ho和He均无显著性差异;由于样本量的影响导致放流后代群体与杂交后代群体的Na和Ne明显低于非放流后代群体。草鱼各后代群体间Ho和He均无显著性差异;放流后代群体的Ar值显著低于非放流后代群体,与杂交后代群体差异不显著;由于样本量的影响导致放流后代群体与杂交后代群体的Na和Ne明显低于非放流后代群体。草鱼和鲢放流后代群体和杂交后代群体内均未发现特有等位基因,非放流后代群体内均发现特有等位基因。特有等位基因的频率非常低,草鱼非放流后代群体内频率最高为0.036,鲢非放流后代群体内频率最高为0.083,均远小于0.5,仅靠特有等位基因并不能反映出遗传关系的差异。分子方差分析(AMOVA)、遗传分化指数(F_(ST))和对群体第一主成分和第二主成分进行的判别分析(DAPC)结果显示,草鱼和鲢各自后代群体内均未发生遗传分化现象。5.长江中游四大家鱼渔获物群体遗传多样性现状的研究。2016年6月至2017年9月,四大家鱼群体样本采集于长江中游不同采样点渔获物。共采集样本368尾,其中青鱼81尾,草鱼95尾,鲢108尾,鳙84尾。利用线粒体DNA控制区(mtDNA D-loop)序列对所采集样本进行遗传多样性分析。结果显示,青鱼控制区序列长927bp并定义了30个单倍型,各群体的单倍型多样性指数(Hd)为0.931~0.978,核苷酸多样性指数(Pi)为0.01323~0.01459;经比对后草鱼控制区序列长934bp并定义了12个单倍型,各群体的Hd为0.308~0.569,Pi为0.00090~0.00240;经比对后鲢控制区序列长890bp并定义了35个单倍型,各群体的Hd为0.874~0.906,Pi为0.000717~0.01081;经比对后鳙控制区序列长884bp并定义了22个单倍型,各群体的Hd为0.889~0.942,Pi为0.00448~0.00479。分子方差分析(AMOVA)结果显示,在整个遗传变异中,4种鱼均表现为群体内个体间的变异是总变异的主要来源,变异组成显示群体间的遗传变异水平低于群体内。遗传分化指数(F_(ST))分析和基因流(Nm)分析结果显示,4种鱼类遗传分化程度均较低(F_(ST)0.05)。中性检验、错配分布(Mismatch distribution)分析及BSP(Bayesian skyline plot)分析表明青鱼、鲢和鳙历史上未发生种群扩张事件,草鱼群体在历史上经历过种群扩张事件。本研究结果显示,目前长江中游四大家鱼野生群体遗传现状与开展放流之前文献报道的研究结果无显著差异。综上所述,本研究建立了青鱼和鳙微卫星多重PCR体系并能较好的应用于它们的群体遗传学研究。补充完善了2015-2017年(鳙为2012-2017年)长江中游四大家鱼放流亲本群体的微卫星数据库并应用于群体遗传多样性分析,结果表明所有放流亲本群体整体上是适合放流的,但是对草鱼群体的管理需加强监测。亲子鉴定结果显示,长江中游草鱼和鲢放流的亲本群体能够在长江中正常产生后代,对早期资源仔鱼的数量有明确的贡献率,早期资源仔鱼中的放流亲本后代群体和非放流亲本后代群体在遗传多样性和遗传结构方面无显著性差异。基于线粒体D-loop序列分析结果表明,与开展放流活动前相比,长江四大家鱼多年的人工增殖放流并未对渔获物群体的遗传多样性及遗传结构造成显著性影响。
【图文】：

排除率,微卫星位点

3-1 16 个鳙微卫星位点的累积非亲排除率ig. 3-1 The combined exclusion power (CEP) at all sixteen bighead carp microsatellite loc.3.2.3 3 个野生鳙群体遗传多样性及遗传结构分析用本研究建立的 4 个多重 PCR 对 3 个野生鳙群体（SSY，，JLY，YCY）进传多样性和群体结构进行研究。在所研究的 3 个鳙鱼野生群体中，所有 16 个苷酸微卫星位点都是多态的，并且多态性的水平不一。样本大小、等位基因（Na）、期望杂合度（He）、观测杂合度（Ho）以及近交系数（Fis）如表示。3 个群体的平均等位基因数从 9.6 到 10.1 不等。观测杂合度和期望杂合度分别是 0.679 ~ 0.760，0.725 ~ 0.806。大部分位点未偏离 Hardy Weinberg 平衡（0.05），表明没有杂合子缺失或过剩。3 个野生群体中有些 Fis 值显著偏离零（0.05），表明这些位点处于杂合性过剩状态。一般而言，Fis 被认为可以间接亲本交配的数量，而较高的 Fis 值表明选择或近亲繁殖导致遗传变异的下降。在三个野生鳙群体中，SSY 群体和 YCY 群体之间的群体遗传分化指数（F高，为 0.03979（表 3-7）。另外，其他 2 个 FST值为 0.01574（SSY-JLY）和 0.03

青鱼,放流,主成分,判别分析

体 SHQ 单独聚为一支，另外 4 个群体聚为一支，然后 2 个个分支之间遗传距离较大。JHQJGQSGQJFQSHQ体间遗传距离构建的青鱼 5 个放流亲本 UPGMA 树MA tree for black carp broodstock populations based on genetic dist传结构也利用 R 3.2.2 软件中的“adegenet 2.0.1”软件包对二主成分进行聚类检测（图 4-2）。结果表明，除了群体 S本群体之间没有明显的遗传聚类，这与 FST两两分析和 UP致。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S931.5

【参考文献】