野鲮亚科一新属一新种的建立及其群体遗传学研究

发布时间：2017-12-25 03:22

本文关键词：野鲮亚科一新属一新种的建立及其群体遗传学研究　出处：《西南大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：生物多样性是维持地球生态系统稳定和持续生产的物质基础,在生命科学研究领域是最基础的。生物多样性的研究包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性4个层次。长江流域中纯淡水鱼类达到了338种,受胁物种达到了全国鱼类受胁物种比例的1/4以上,甚至有些鱼类还没有被发现就已经灭绝。一个物种就是一份宝贵的财富,为了相关学科发展和生物资源持续开发利用,首先要了解物种的分类地位、形态、分布、数量、生物学、生态学及其遗传多样性特点,获得系统、深入的基础资料。2013年,我们在长江上游支流乌江和赤水河野外调查时,发现了野鲮亚科的一个新物种,其分类特征不能归入现有野鲮亚科任何属,因此我们以条纹异黔鲮(Paraqianlabeo lineatus Zhang,Peng et Zhao,sp.nov)为模式物种,建立了野鲮亚科的一个新属—异黔鲮属(Paraqianlabeo Zhang,Peng et Zhao,gen.nov)。据此,采用形态学、分子生物学等实验手段,围绕新属及其模式种进行了以下4个方面的研究工作:1.异黔鲮属的建立及其鉴别特征该新属的鉴别特征如下:吻皮较短,吻皮不能完全覆盖上唇和上颌,吻皮边缘不呈流苏状,边缘仅有极小的乳突;上唇发达,裸露在外;下唇分为三叶,中间叶发达,下唇中叶乳突较发达,形成吸盘雏形。口下位,唇后沟较短,有明显的颏沟。下咽齿三行。身体有明显的黑色纵条纹。该新属所具有的形态特征可以与野鲮亚科其它已知属相区别。基于线粒体COI基因的DNA条形码分析结果显示,乌江上游的香树湾(XS)、赤水河支流的代家沟(DJ)和赤水河上游的菁门(JM)三个地理种群形成单系与野鲮亚科其它属明显分开,新属与泉水鱼属的遗传距离最小(6.9%)。传统分类性状和DNA条形码技术分析均支持该新属的有效性。2.基于线粒体cytb基因的条纹异黔鲮遗传多样性和种群结构分析开展条纹异黔鲮遗传多样性和种群结构研究将为其遗传资源的保护利用提供科学根据。我们采用了cytb对三个种群的遗传多样性和种群遗传结构进行了研究。152个条纹异黔鲮个体的cytb基因序列鉴定出了22个单倍型。三个种群的平均单倍型多样性和平均核苷酸多样性分别为(h=0.7530;π=0.0071)。菁门种群具有最低的单倍型多样性(h=0.113),香树湾种群具有最低的核苷酸多样性(π=0.0001),菁门种群和香树湾种群的单倍型多样性和核苷酸多样性(0.000,0.113;0.000,0.122)都极为匮乏;代家沟种群的单倍型多样性和核苷酸多样性(h=0.496,π=0.0012)是最高的。采用kimura双参数模型(k2p)计算条纹异黔鲮三个种群的遗传距离,总的平均遗传距离为0.007;三个种群间的遗传距离在0.005-0.015之间,种群内平均遗传距离最大的是代家沟种群(0.001),最小的是菁门和香树湾种群(0.000);种群间的遗传距离明显大于种群内的遗传距离。对所有单倍型构建的系统发育树显示,赤水河上游的代家沟种群和菁门种群具有更近的亲缘关系,然后再与乌江上游支流的香树湾种群构成姐妹群关系。分子变异方差分析(amova)表明,遗传差异主要发生在种群间(95.73%),少部分发生在种群内(4.27%)。种群间的遗传分化指数(fst)显示,三个种群间的遗传分化水平在0.869-0.988之间,且差异极显著(p0.001),显示三个种群具有非常明显的种群结构。基因流估算显示,三个种群间的基因流在0.006-0.076之间,显著小于1,表明条纹异黔鲮各种群间的基因交流受到了明显限制。种群间的遗传距离明显大于种群内部的遗传距离,这些都表明条纹异黔鲮三个种群间具有非常高的遗传分化水平和明显的地理结构,其种群间已发生隔离。错配分布分析、tajima'sd检验和fu'sfs检验表明,条纹异黔鲮在整体水平上没有经历过瓶颈效应,但代家沟种群发生过种群扩张现象。基因的高度同质性和bsp(bayesianskylineplots)分析显示的种群规模变化都显示菁门种群和香树湾种群在近期没有种群扩张现象。通过贝叶斯聚类分析和分子钟估算分析可以看出,三个种群各自聚在一起,香树湾种群单独聚为一支,菁门和代家沟种群聚为一支。乌江支流(香树湾种群)和赤水河支流(代家沟和菁门种群)发生分化的时间在3.61百万年前,代家沟和菁门种群发生分化的时间在3.25百万年前。香树湾种群由于和另外两个种群有较大的遗传距离、较高的遗传分化系数、最小的基因流和较早的分化年代,其差异达到了亚种甚至是种的水平。3.基于微卫星分子标记的条纹异黔鲮遗传多样性和种群结构分析采用新一代“miseq”测序技术获得了大量的条纹异黔鲮微卫星序列,从中筛选了多态性微卫星分子标记21对。选用了其中10个多态性较好的微卫星位点,采用双重pcr技术进行荧光分型检测,对条纹异黔鲮3个种群的遗传多样性进行了评估,并对种群结构进行了分析。结果表明,3个种群的平均等位基因数的变化范围在5.8-10.8,代家沟种群的等位基因数最多,香树湾种群的等位基因数最少。3个种群中,遗传多样性指数(平均等位基因数、平均等位基因丰富度、平均观测杂合度、平均期望杂合度和多态信息含量)最大的是代家沟种群,最低的是香树湾种群。amova分析结果显示,条纹异黔鲮种群间的遗传变异大,占总变异量的66.63%,种群内的遗传变异占33.37%,条纹异黔鲮的遗传变异主要还是来源于种群间。三个种群在10个微卫星位点的基因流基本小于1,平均基因流水平也仅为0.6071。根据nei's无偏估计获得的3个种群的遗传距离,香树湾与代家沟种群的遗传距离最大(2.8180),最小的为代家沟与菁门种群为1.2769。基于微卫星数据,在混合模型下运用structure软件对3个种群进行种群结构的贝叶斯聚类分析,根据所得lnp(d)平均数进行分配测试和Δk检验,结果显示,当k=3时,lnp(d)达到最大,表明条纹异黔鲮应该分为三个不同的谱系。结合cytb的数据分析结果,三个种群需要作为不同的遗传管理单元进行保护。根据三个种群各自的遗传多样性水平、种群间的遗传距离、遗传分化系数、基因流及生境状况,三地的条纹异黔鲮保护顺序是香树湾种群菁门种群代家沟种群。4.条纹异黔鲮香树湾种群部分个体口唇结构变化研究乌江上游香树湾条纹异黔鲮种群中极少量个体的口唇结构和典型的条纹异黔鲮明显不同,表现为:(1)吻皮较长,完全覆盖上唇和上颌(vs.吻皮短,不完全覆盖上唇和上颌);(2)吻皮边缘呈流苏状(vs.不呈流苏状);(3)上唇退化或消失(vs.上唇存在且发达);(4)下唇中叶前缘和两侧显著隆起(vs.下唇中叶前缘和两侧轻微隆起);(5)下唇中叶乳突发达(vs.下唇中叶乳突不发达)。这种口唇结构的改变是同一种群内部的畸形、年龄、性别或不同倍型造成的,还是地理种群间出现了明显的分化?围绕这个问题我们开展了3个方面的研究并得出结果如下:(1)通过年龄和性别分组比较可以看出,香树湾种群口唇结构的变化和年龄、性别无直接关系;(2)核型和dna含量测定结果显示香树湾种群没有出现染色体倍性变化;(3)香树湾种群与代家沟、菁门种群间的dna条形码的遗传距离为1.5%,接近鱼类常用的种间遗传距离大于等于2%分类临界值。再综合考虑以下两点:a.线粒体cytb和微卫星检测结果表明香树湾种群和另外两个种群间的遗传距离和遗传分化系数较大,种群间基本没有基因交流,具有强烈的种群结构;b.口唇形态结构是重要的具有稳定性的野鲮亚科分类性状,具有分类学上的鉴定意义。故香树湾条纹异黔鲮种群已具备了新物种的部分特征或具备形成新物种的潜力,若单纯考虑物种的形态学标准,此一支或应描述为一个新物种;若结合遗传学物种的概念,该类群或应为一个正在形成中的种或亚种。通过以上研究,得到如下结论:1.基于性状特征的传统形态学分类方法和基于dna条形码技术的现代物种研究手段均支持异黔鲮属的有效性。2.基于线粒体cytb和微卫星的结果均显示,香树湾和菁门种群的遗传多样性水平较低,三个种群显示出明显的种群遗传结构,香树湾种群分化时间更早。3.DNA条形码、cytb和微卫星结果显示香树湾种群(口唇结构有较大变异的一支)与另外两个种群间的遗传分化较大,且少量个体已经在分类性状上出现差异,该种群应是异黔鲮属一个正在形成中的物种。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S917.4

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