基于线粒体和核基因分子标记的黑鳍鳈亲缘地理研究
作者单位：上海海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：杨金权
授予年度：2020年
主 题：黑鳍鳈 华鳈 线粒体基因 核基因 亲缘地理 地理屏障
摘 要：黑鳍鳈(Sarcocheilichthys nigripinnis)属鲤形目(Cypriniformes)、鲤科(Cyprinidae)、鮈亚科(Gobioninae)、鳈属(Sarcocheilichthys),是我国东部地区广泛分布的淡水鱼类。本研究分别采用线粒体基因(Cyt b和D-loop)分子标记和核基因(RAG1和S7)分子标记对中国13个水系的黑鳍鳈地理种群进行了亲缘地理研究,分析其遗传多样性水平和遗传结构现状,重建黑鳍鳈亲缘地理模式,探讨其种群历史动态及生物地理学过程,以期为我国淡水鱼类生物多样性保护提供基础理论依据。华鳈(Sarcocheilichthys sinensis)属鲤形目(Cypriniformes)、鲤科(Cyprindae)、鮈亚科(Gobioninae)、鳈属(Sarcocheilichthys),是一种小型底栖淡水鱼类,广泛分布在中国大陆,本研究采用线粒体基因(Cyt b和D-loop)分子标记,以长江流域、闽江流域和钱塘江流域为研究对象,对华鳈5个地理种群进行了亲缘地理结构和遗传多样性的研究,以期为我们制定长江下游及邻近流域生态保护战略提供理论支持。主要结果和结论如下:1、基于线粒体分子标记的黑鳍鳈亲缘地理研究本研究以13个地理种群177尾黑鳍鳈个体为研究对象,采用线粒体(Cyt b和D-loop)分子标记,分析其遗传多样性、遗传结构、亲缘地理关系和种群历史动态。1)遗传多样性:177尾黑鳍鳈中共定义75个单倍型,mt DNA联合序列长度为2149 bp,黑鳍鳈平均单倍型多样性较高,为0.974。单倍型多样性范围为0.118-1.000。平均核酸多样性为0.02703,核苷酸多样性范围为0.00005-0.01119,显示黑鳍鳈种群遗传多样性较低。2)遗传结构:黑鳍鳈13个地理种群遗传分化指数(F)变化范围为:-0.10847-0.99166,总体种群的分化指数为0.850,表明黑鳍鳈种群已高度分化。AMOVA分析结果支持了秦岭是黑鳍鳈形成南北分化格局的地理屏障,且秦岭比南岭-武夷山地理屏障作用更有效。同时证明了秦岭、武夷山、南岭、莲花山和云雾山是黑鳍鳈迁徙过程中重要的地理屏障。3)种群历史动态:中性检测与核苷酸错配分布显示,黑鳍鳈种群已高度分化,处于扩张边缘。BSP分析表明黑鳍鳈群体有效种群迅速增长大约在0.015百万年前,区系I大约在0.02百万年前种群开始扩张,区系II在0.01百万年前左右种群规模迅速增长。我们推测在LGM时期后,气温回升,温暖的气候使得黑鳍鳈种群数量迅速增长。4)亲缘地理过程:基于单倍型BI\NJ树和单倍型网络图来分析黑鳍鳈的亲缘关系,我们得知13个地理种群形成以秦岭为界的南北分化格局,且南北分化明显,大部分种群形成独立的进化支,且与水系相对应,所有进化谱系呈明显的异域分布。基于分子钟计算黑鳍鳈的最近共同祖先(TMRCA)存在的时间,我们推断黑鳍鳈可能存在南北两个分化中心,南方种群表现为由长江下游和钱塘江向华南地区迁移扩散。2、基于核基因分子标记的黑鳍鳈亲缘地理研究本研究以13个地理种群146尾黑鳍鳈个体为研究对象,采用核基因(RAG1和S7)分子标记,分析其遗传多样性、遗传结构、亲缘地理关系和种群历史动态。1)遗传多样性:146尾黑鳍鳈中共定义85个单倍型,nu DNA联合序列长度为2400 bp,黑鳍鳈平均单倍型多样性为0.975,单倍型多样性范围为0.432-1.000,平均核酸多样性为0.00651,核苷酸多样性范围为0.00026-0.00335,显示黑鳍鳈可能经历了瓶颈效应或奠基者效应,种群遗传多样性水平较低。2)遗传结构:黑鳍鳈13个地理种群遗传分化指数(F)变化范围为:-0.24366-0.97574,总体种群的分化指数为0.797,说明黑鳍鳈种群遗传分化程度很大。黑鳍鳈AMOVA分析结果显示,南岭-武夷山是黑鳍鳈形成南北分化格局的地理屏障,且南岭-武夷山比秦岭地理屏障作用更有效。同时证明了秦岭、武夷山、南岭、莲花山和云雾山是黑鳍鳈迁徙过程中重要的地理屏障。3)种群历史动态:中性进化检测结果与核苷酸错配分布检测结果显示,黑鳍鳈经历了瓶颈效应后,由于气候环境变好,温暖的气候适合黑鳍鳈的生存,近期正处于种群的迅速增长阶段。4)亲缘地理关系:遗传分化固定指数NstGst,表明系统发育和地理事件之间存在显著关系。利用单倍型数据重建了黑鳍鳈的系统发育树结果显示,黑鳍鳈群体形成以南岭-武夷山为界的南北分化格局,南北分化明显,大部分种群形成了独立的进化支系,呈异域分布。综合比较两种分子标记的分析结果,我们得出以下结论:1)遗传多样性:mt DNA和nu DNA标记的遗传多样性较低,均表现为高h低π模式,但是mt DNA的核苷酸多样性比nu DNA的高的多,原
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