我国北鳅线粒体全基因组及生物地理学研究
作者单位：河北大学
学位级别：硕士
导师姓名：陈咏霞
授予年度：2020年
主 题：北鳅 线粒体全基因组 起源中心 群体扩张 谱系地理学
摘 要：北鳅(Lefua costata)隶属于鲤形目(Cypriniformes)、条鳅科(Nemacheilidae),为冷水性小型底栖鱼类,主要分布在我国淮河以北的东北和华北、韩国、日本以及俄罗斯东部等地,其分布范围受更新世冰期影响较大。本文首先对我国北鳅鱼类线粒体全基因组进行了相关分析;随后基于线粒体全基因组和D-loop区分析了北鳅属鱼类的起源及生物地理学过程;基于线粒体Cyt b基因以及D-loop区探讨了我国北鳅的谱系地理学过程。其主要研究成果和结论如下:1.北鳅线粒体全基因组片段平均长度为16 579 bp,共包含2个rRNA基因、22个tRNA基因、13个疏水性蛋白质编码基因、1个非编码控制区(D-loop),各个基因以及全基因组均呈现显著的A+T碱基偏好性。其中2个rRNA分别为12S rRNA和16S rRNA;12个蛋白编码基因、14个tRNA基因是由H链编码;8个tRNA(Gln、Pro、Ala、Cys、Asn、Glu、Tyr、Ser)和1个蛋白编码基因ND6由L链编码。预测的21个tRNA基因的二级结构为典型的三叶草结构,而RNA-Ser(AGY)基因由于DHU臂缺失未形成典型的三叶草结构。2.基于线粒体全基因组和D-loop区,利用系统发育祖先性状重构软件RASP(Reconstruct Ancestral State in Phylogenies)对北鳅属鱼类的起源和扩散进行研究。结果表明,北鳅属鱼类的祖先种可能起源于古北区俄罗斯东部地区,大约在23.2284(95%HPD:13.3474—33.5328)Ma前斑北鳅(Lefua echigonia)发生分化,随后斑北鳅经过鞑靼海峡、宗谷海峡以及对马海峡迁移到日本的本州岛与四国岛;Lefua sp.随后发生分化并迁移至本州与四国岛的相关水系;北鳅分化时间大约在8.0973(95%HPD:3.3877—12.264)Ma前并逐渐迁移至我国东北及华北、韩国、日本本州岛等相关水系;最后短体北鳅(Lefua nikkonis)与史氏北鳅(Lefua pleskei)发生分化,短体北鳅通过鞑靼海峡、宗谷海峡到达日本北海道并且进一步向南迁移,史氏北鳅则在东亚地区向南迁移,主要迁移至俄罗斯远东的边疆地区以及我国的图们江水系中。3.基于线粒体Cyt b基因以及D-loop区对分布于我国淮河以北10个水系21个样点共272尾北鳅的遗传多样性和谱系地理学进行了探讨。基于Cyt b基因、D-loop区以及二者联合分析的相关结果表明,AMOVA分子方差分析、遗传距离(K2P)及群体间的遗传分化指数(F)显示辽东半岛种群(LD)与其他地理种群具有显著分化。系统发育树与单倍型网格图均显示10个水系的单倍型呈多歧分支,未按地理关系聚类;10个水系的单倍型分为3支:以LD种群为主的分支A、以淮黄河种群(HH)和海滦河种群(HL)为主的分支B以及各地理种群均包含的分支C。其中D-loop区分析结果表明,LD种群单倍型多样性和核苷酸多样性均为最高(h=0.9158±0.0283,π=0.0257±0.0128);群体间遗传变异贡献率(25.92%)小于种群内的遗传变异贡献率(74.08%);基于北鳅属鱼类D-loop序列1.00%Ma的进化速率和化石校准点评估不同地理种群分歧时间,分支A和分支(B+C)的分歧时间在大约为2.6241(95%HPD:0.9264—4.6394)Ma前,分支C和分支B的分歧时间大约为1.5808(95%HPD:0.4686—3.0695)Ma前。Cyt b基因分析结果表明,LD种群单倍型多样性和核苷酸多样性均为最高(h=0.9630±0.0118,π=0.0257±0.0127);群体间遗传变异贡献率(34.88%)小于种群内的遗传变异贡献率(65.12%);基于花鳅属鱼类与高原鳅属鱼类作为化石校准点评估不同地理种群分歧时间,分支C和分支B的分歧时间大约为2.1665(95%HPD:0.6256—3.5668)Ma前,分支A和分支B+C分歧时间在大约为2.8239(95%HPD:1.1630—4.9499)Ma前。Cyt b基因以及D-loop区联合分析表明,LD种群单倍型多样性和核苷酸多样性均为最高(h=0.9869±0.0070,π=0.0189±0.0093);群体间遗传变异贡献率(29.49%)小于种群内的遗传变异贡献率(70.51%)。基于线粒体Cyt b基因和D-loop区以及联合分析结果,推测辽东半岛为我国北鳅起源地之一,受第四纪冰期影响小,其他地理种群以辽东半岛为中心借助黄渤海平原河口和松辽古大湖等发生多次迁移。根据线粒体全基因组以及D-loop区分析结果表明,北鳅属的祖先种起源于古北界俄罗斯东部地区,而北鳅分化时间大约在8.0973(95%
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