野鯪亞科一新屬一新種的建立及其群體遺傳學(xué)研究.pdf

1、生物多樣性是維持地球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和持續(xù)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在生命科學(xué)研究領(lǐng)域是最基礎(chǔ)的。生物多樣性的研究包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性4個(gè)層次。長(zhǎng)江流域中純淡水魚(yú)類達(dá)到了338種，受脅物種達(dá)到了全國(guó)魚(yú)類受脅物種比例的1/4以上，甚至有些魚(yú)類還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)就已經(jīng)滅絕。一個(gè)物種就是一份寶貴的財(cái)富，為了相關(guān)學(xué)科發(fā)展和生物資源持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，首先要了解物種的分類地位、形態(tài)、分布、數(shù)量、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)及其遺傳多樣性特點(diǎn)，獲得系統(tǒng)、

2、深入的基礎(chǔ)資料。
　　2013年，我們?cè)陂L(zhǎng)江上游支流烏江和赤水河野外調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)了野鯪亞科的一個(gè)新物種，其分類特征不能歸入現(xiàn)有野鯪亞科任何屬，因此我們以條紋異黔鯪（Paraqianlabeo lineatus Zhang,Peng et Zhao,sp.nov）為模式物種，建立了野鯪亞科的一個(gè)新屬—異黔鯪屬（Paraqianlabeo Zhang。Peng et Zhao。gen. nov）。據(jù)此，采用形態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)手段

3、，圍繞新屬及其模式種進(jìn)行了以下4個(gè)方面的研究工作：
　　1.異黔鯪屬的建立及其鑒別特征該新屬的鑒別特征如下：吻皮較短，吻皮不能完全覆蓋上唇和上頜，吻皮邊緣不呈流蘇狀，邊緣僅有極小的乳突；上唇發(fā)達(dá)，裸露在外；下唇分為三葉，中間葉發(fā)達(dá)，下唇中葉乳突較發(fā)達(dá)，形成吸盤雛形?？谙挛?，唇后溝較短，有明顯的頦溝。下咽齒三行。身體有明顯的黑色縱條紋。該新屬所具有的形態(tài)特征可以與野鯪亞科其它已知屬相區(qū)別。基于線粒體COI基因的DNA條形碼分析結(jié)果顯

4、示，烏江上游的香樹(shù)灣（XS）、赤水河支流的代家溝（DJ）和赤水河上游的菁門（JM）三個(gè)地理種群形成單系與野鯪亞科其它屬明顯分開(kāi)，新屬與泉水魚(yú)屬的遺傳距離最小（6.9％）。傳統(tǒng)分類性狀和DNA條形碼技術(shù)分析均支持該新屬的有效性。
　　2.基于線粒體cytb基因的條紋異黔鯪遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)分析開(kāi)展條紋異黔鯪遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)研究將為其遺傳資源的保護(hù)利用提供科學(xué)根據(jù)。我們采用了cytb對(duì)三個(gè)種群的遺傳多樣性和種群遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究

5、。
　　152個(gè)條紋異黔鯪個(gè)體的cytb基因序列鑒定出了22個(gè)單倍型。三個(gè)種群的平均單倍型多樣性和平均核苷酸多樣性分別為(h=0.7530；π=0.0071)。菁門種群具有最低的單倍型多樣性（h=0.113），香樹(shù)灣種群具有最低的核苷酸多樣性（π=0.0001），菁門種群和香樹(shù)灣種群的單倍型多樣性和核苷酸多樣性（0.000,0.113；0.000,0.122）都極為匱乏；代家溝種群的單倍型多樣性和核苷酸多樣性（h=0.496，π=

6、0.0012）是最高的。采用Kimura雙參數(shù)模型（K2P）計(jì)算條紋異黔鯪三個(gè)種群的遺傳距離，總的平均遺傳距離為0.007；三個(gè)種群間的遺傳距離在0.005-0.015之間，種群內(nèi)平均遺傳距離最大的是代家溝種群（0.001），最小的是菁門和香樹(shù)灣種群（0.000）；種群間的遺傳距離明顯大于種群內(nèi)的遺傳距離。對(duì)所有單倍型構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)顯示，赤水河上游的代家溝種群和菁門種群具有更近的親緣關(guān)系，然后再與烏江上游支流的香樹(shù)灣種群構(gòu)成姐妹群關(guān)系

7、。分子變異方差分析（AMOVA）表明，遺傳差異主要發(fā)生在種群間（95.73%），少部分發(fā)生在種群內(nèi)（4.27%）。種群間的遺傳分化指數(shù)（Fst）顯示，三個(gè)種群間的遺傳分化水平在0.869-0.988之間，且差異極顯著(P＜0.001)，顯示三個(gè)種群具有非常明顯的種群結(jié)構(gòu)?；蛄鞴浪泔@示，三個(gè)種群間的基因流在0.006-0.076之間，顯著小于1，表明條紋異黔鯪各種群間的基因交流受到了明顯限制。種群間的遺傳距離明顯大于種群內(nèi)部的遺傳距離，

8、這些都表明條紋異黔鯪三個(gè)種群間具有非常高的遺傳分化水平和明顯的地理結(jié)構(gòu)，其種群間已發(fā)生隔離。錯(cuò)配分布分析、Tajima's D檢驗(yàn)和 Fu's Fs檢驗(yàn)表明，條紋異黔鯪在整體水平上沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)瓶頸效應(yīng)，但代家溝種群發(fā)生過(guò)種群擴(kuò)張現(xiàn)象?；虻母叨韧|(zhì)性和BSP(Bayesian skyline plots)分析顯示的種群規(guī)模變化都顯示菁門種群和香樹(shù)灣種群在近期沒(méi)有種群擴(kuò)張現(xiàn)象。通過(guò)貝葉斯聚類分析和分子鐘估算分析可以看出，三個(gè)種群各自聚在一起

9、，香樹(shù)灣種群?jiǎn)为?dú)聚為一支，菁門和代家溝種群聚為一支。烏江支流（香樹(shù)灣種群）和赤水河支流（代家溝和菁門種群）發(fā)生分化的時(shí)間在3.61百萬(wàn)年前，代家溝和菁門種群發(fā)生分化的時(shí)間在3.25百萬(wàn)年前。香樹(shù)灣種群由于和另外兩個(gè)種群有較大的遺傳距離、較高的遺傳分化系數(shù)、最小的基因流和較早的分化年代，其差異達(dá)到了亞種甚至是種的水平。
　　3.基于微衛(wèi)星分子標(biāo)記的條紋異黔鯪遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)分析采用新一代“MiSeq”測(cè)序技術(shù)獲得了大量的條紋異黔

10、鯪微衛(wèi)星序列，從中篩選了多態(tài)性微衛(wèi)星分子標(biāo)記21對(duì)。選用了其中10個(gè)多態(tài)性較好的微衛(wèi)星位點(diǎn)，采用雙重PCR技術(shù)進(jìn)行熒光分型檢測(cè)，對(duì)條紋異黔鯪3個(gè)種群的遺傳多樣性進(jìn)行了評(píng)估，并對(duì)種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，3個(gè)種群的平均等位基因數(shù)的變化范圍在5.8-10.8，代家溝種群的等位基因數(shù)最多，香樹(shù)灣種群的等位基因數(shù)最少。3個(gè)種群中，遺傳多樣性指數(shù)（平均等位基因數(shù)、平均等位基因豐富度、平均觀測(cè)雜合度、平均期望雜合度和多態(tài)信息含量）最大的是代家溝

11、種群，最低的是香樹(shù)灣種群。AMOVA分析結(jié)果顯示，條紋異黔鯪種群間的遺傳變異大，占總變異量的66.63％，種群內(nèi)的遺傳變異占33.37％，條紋異黔鯪的遺傳變異主要還是來(lái)源于種群間。三個(gè)種群在10個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)的基因流基本小于1，平均基因流水平也僅為0.6071。根據(jù)Nei's無(wú)偏估計(jì)獲得的3個(gè)種群的遺傳距離，香樹(shù)灣與代家溝種群的遺傳距離最大（2.8180），最小的為代家溝與菁門種群為1.2769?；谖⑿l(wèi)星數(shù)據(jù)，在混合模型下運(yùn)用Struc

12、ture軟件對(duì)3個(gè)種群進(jìn)行種群結(jié)構(gòu)的貝葉斯聚類分析，根據(jù)所得LnP(D)平均數(shù)進(jìn)行分配測(cè)試和ΔK檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)K=3時(shí)，LnP(D)達(dá)到最大，表明條紋異黔鯪應(yīng)該分為三個(gè)不同的譜系。結(jié)合cytb的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，三個(gè)種群需要作為不同的遺傳管理單元進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)三個(gè)種群各自的遺傳多樣性水平、種群間的遺傳距離、遺傳分化系數(shù)、基因流及生境狀況，三地的條紋異黔鯪保護(hù)順序是香樹(shù)灣種群＞菁門種群＞代家溝種群。
　　4.條紋異黔鯪香樹(shù)灣種群部分

13、個(gè)體口唇結(jié)構(gòu)變化研究烏江上游香樹(shù)灣條紋異黔鯪種群中極少量個(gè)體的口唇結(jié)構(gòu)和典型的條紋異黔鯪明顯不同，表現(xiàn)為：
　?。?）吻皮較長(zhǎng)，完全覆蓋上唇和上頜（vs.吻皮短，不完全覆蓋上唇和上頜）；
　?。?）吻皮邊緣呈流蘇狀（vs.不呈流蘇狀）；
　?。?）上唇退化或消失（vs.上唇存在且發(fā)達(dá)）；
　?。?）下唇中葉前緣和兩側(cè)顯著隆起（vs.下唇中葉前緣和兩側(cè)輕微隆起）；
　?。?）下唇中葉乳突發(fā)達(dá)（vs.下唇中葉乳

14、突不發(fā)達(dá)）。這種口唇結(jié)構(gòu)的改變是同一種群內(nèi)部的畸形、年齡、性別或不同倍型造成的，還是地理種群間出現(xiàn)了明顯的分化？
　　圍繞這個(gè)問(wèn)題我們開(kāi)展了3個(gè)方面的研究并得出結(jié)果如下：
　?。?）通過(guò)年齡和性別分組比較可以看出，香樹(shù)灣種群口唇結(jié)構(gòu)的變化和年齡、性別無(wú)直接關(guān)系；
　?。?）核型和DNA含量測(cè)定結(jié)果顯示香樹(shù)灣種群沒(méi)有出現(xiàn)染色體倍性變化；
　?。?）香樹(shù)灣種群與代家溝、菁門種群間的DNA條形碼的遺傳距離為1.5%，接

15、近魚(yú)類常用的種間遺傳距離大于等于2%分類臨界值。再綜合考慮以下兩點(diǎn)：
　　a.線粒體cytb和微衛(wèi)星檢測(cè)結(jié)果表明香樹(shù)灣種群和另外兩個(gè)種群間的遺傳距離和遺傳分化系數(shù)較大，種群間基本沒(méi)有基因交流，具有強(qiáng)烈的種群結(jié)構(gòu)；
　　b.口唇形態(tài)結(jié)構(gòu)是重要的具有穩(wěn)定性的野鯪亞科分類性狀，具有分類學(xué)上的鑒定意義。故香樹(shù)灣條紋異黔鯪種群已具備了新物種的部分特征或具備形成新物種的潛力，若單純考慮物種的形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，此一支或應(yīng)描述為一個(gè)新物種；若結(jié)合

16、遺傳學(xué)物種的概念，該類群或應(yīng)為一個(gè)正在形成中的種或亞種。
　　通過(guò)以上研究，得到如下結(jié)論：
　　1.基于性狀特征的傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)分類方法和基于DNA條形碼技術(shù)的現(xiàn)代物種研究手段均支持異黔鯪屬的有效性。
　　2.基于線粒體cytb和微衛(wèi)星的結(jié)果均顯示，香樹(shù)灣和菁門種群的遺傳多樣性水平較低，三個(gè)種群顯示出明顯的種群遺傳結(jié)構(gòu)，香樹(shù)灣種群分化時(shí)間更早。
　　3.DNA條形碼、cytb和微衛(wèi)星結(jié)果顯示香樹(shù)灣種群（口唇結(jié)構(gòu)有較大