基于親權(quán)鑒定的千島湖社鼠家群遺傳結(jié)構(gòu)與親緣關(guān)系特征研究

葉　彬, 鮑毅新, 王艷妮, 章書聲, 方平福

浙江師范大學(xué)生態(tài)研究所, 金華　321004

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基于親權(quán)鑒定的千島湖社鼠家群遺傳結(jié)構(gòu)與親緣關(guān)系特征研究

葉彬, 鮑毅新*, 王艷妮, 章書聲, 方平福

浙江師范大學(xué)生態(tài)研究所, 金華321004

摘要:于2009年7月至2010年11月，對浙江千島湖兩個島嶼上的社鼠(Niviventer confucianus)種群進行標志重捕，并采用8個高多態(tài)性的微衛(wèi)星位點，對兩個島嶼的社鼠種群進行家群分析和親權(quán)鑒定，探討了社鼠家群的親緣關(guān)系特征。結(jié)果顯示，8個微衛(wèi)星位點能可靠地對兩個島嶼社鼠種群進行親權(quán)鑒定，A島已確定親緣關(guān)系的71只社鼠分為12個家群，家群中的個體數(shù)最多達到19個，B島已確定的49只社鼠個體共分為11個家群，家群中的個體數(shù)最多達到14個。家群內(nèi)部成員之間的親緣關(guān)系表現(xiàn)為配對繁殖的個體對間親緣系數(shù)最小，揭示了社鼠傾向于選擇親緣關(guān)系較遠的異性作為配偶。家群中雄性后代個體之間與雌性個體之間的親緣關(guān)系相比，兩島表現(xiàn)情況相反，該結(jié)果暗示兩島嶼上社鼠擴散行為可能有所不同。通過計算與同一雄性(或同一雌性)交配的個體間的親緣系數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩個島嶼上的社鼠在與不同異性交配時也存在選擇性，即避免選擇親緣關(guān)系較近的異性作為混交的對象。

關(guān)鍵詞：社鼠; 微衛(wèi)星位點; 親權(quán)分析; 家群; 親緣系數(shù); 千島湖地區(qū)

動物的婚配制度是對棲息地環(huán)境生態(tài)因子長期適應(yīng)的結(jié)果，資源分布的時空異質(zhì)性和多變性、動物利用資源能力的變化性等外部因素和內(nèi)部因素的共同作用，形成了動物一定的婚配制度，并伴隨著環(huán)境條件的改變而不斷適應(yīng)和進化，揭示了自然種群對復(fù)雜多變環(huán)境條件的適應(yīng)機制。由具有親緣關(guān)系的親代和子代構(gòu)成的家群(family group)，是動物社群行為的表現(xiàn)方式之一[1- 2]，動物家群會隨著家群內(nèi)部成員的競爭、繁殖、擴散等而發(fā)生變化[3]，且這些行為勢必會影響家群以至整個種群的遺傳結(jié)構(gòu)和個體間的親緣關(guān)系，研究種群的家群結(jié)構(gòu)對判定種群個體間相互關(guān)系、婚配制度、資源利用及對復(fù)雜棲息地環(huán)境的適應(yīng)等方面有重要意義[4- 7]。因此，本文以千島湖地區(qū)島嶼上的社鼠種群為研究對象，采用微衛(wèi)星分子標記與野外標志重捕數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，對島嶼的社鼠(Niviventerconfucianus)野生自然種群進行個體識別、親權(quán)鑒定和親緣關(guān)系分析，構(gòu)建島嶼社鼠的家群譜系關(guān)系，在揭示島嶼社鼠種群親權(quán)關(guān)系和家群特征的同時，探索島嶼上社鼠種群對復(fù)雜棲息地環(huán)境的適應(yīng)性，為島嶼社鼠種群的種內(nèi)關(guān)系及擴散等生態(tài)學(xué)的研究奠定基礎(chǔ)。

1方法

1.1研究地區(qū)及其自然狀況

研究樣地位于浙江省淳安縣千島湖地區(qū)。千島湖位于浙江省西部淳安縣和建德市境內(nèi)(29°22′—29°50′N，118°34′—119°15′E)，是1959年因建設(shè)新安江電站大壩而形成的大型人工湖泊，湖內(nèi)有2500 m2以上島嶼1078個，為典型的島嶼化生境。湖中島嶼的地帶性植被類型為亞熱帶常綠林，現(xiàn)有森林植被以天然次生馬尾松(Pinusmassoniana)為主。島嶼上的小型哺乳動物優(yōu)勢種為社鼠，在各島嶼上都有棲息[8- 12]。

1.2樣地選擇

根據(jù)對千島湖的實地調(diào)查，并確保獲得足夠的樣本數(shù)據(jù)和便于對比分析，選取了千島湖桐子塢鄉(xiāng)范圍內(nèi)面積適當(dāng)、生境類型相似的兩個島嶼作為研究樣地(圖1)，分別記做A島(29°33′12.01″—29°33′21.44″N，118°52′51.55″—118°53′13.60″E)、B島(29°33′56.37″—29°33′42.45″N，118°53′30.43″— 118°53′51.22″E)，兩島面積分別為5.54 hm2和5.80 hm2，相距約1.2 km，且中間隔有多個島嶼，兩島植被類型相似，均由闊葉林、針葉林及灌木組成，島嶼上植被優(yōu)勢種包括馬尾松(Pinusmassoniana)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)、石櫟(Lithocarpusglabra)及青岡(Cyclobalanopsisglauca)等[10- 12]。

圖1　A島和B島捕鼠籠布放方式示意圖(虛線外表示島嶼上不適于布籠的區(qū)域)Fig.1　Location of cages for trapping in island A and B (Areas outside the dotted line is not applicable to locating cages)

1.3標志重捕

2009年7—11月及2010年3—11月，使用捕鼠籠(24cm×12 cm×12 cm)分別對A島、B島的社鼠個體進行標志重捕。由于千島湖地區(qū)冬季氣溫較低，進籠社鼠的死亡率較高，故未在冬季進行誘捕。兩島分別放置205個和206個捕鼠籠，籠距10 m，捕鼠籠布放位置以編號的塑料樁定位，如圖1所示，盡量滿足全島均勻布籠，并避開島嶼上陡峭的巖石裸露區(qū)、島嶼外圍經(jīng)常被水淹沒以及無植被區(qū)域等不適于布籠的區(qū)域(圖中用虛線表示)。每月標志重捕10d，以足夠量的紅棗為餌料，當(dāng)日下午將捕鼠籠按樁號放置，次日上午檢查捕獲狀況。對首次捕獲的社鼠個體采用改進的切趾法(Toe-clipping)進行標記并編號[13]，作為鑒別每只社鼠個體的身份依據(jù)。將切趾肌肉樣本保存于無水乙醇，用于遺傳分析。同時記錄捕獲位置樁號、捕獲日期、社鼠切趾編號、性別、體重(精確到0.1 g)、雄鼠睪丸是否下降、雌鼠是否懷孕(檢查陰道開閉狀況、有無分泌物及乳頭特征)和其他形態(tài)特征(如體長、尾長、后足長以及受傷、體毛脫落等，可作為個體身份鑒別的輔助依據(jù))[10- 12, 14]。根據(jù)社鼠的睪丸下降和懷孕等繁殖特征，判斷社鼠的繁殖狀況[15]。

1.4野外估計候選親本

將每月捕獲的社鼠個體分別按體重劃分年齡組，其中體重≤35.0 g為幼年組，35.0 g<體重≤50.0 g為亞成年組、50.0 g<體重≤80.0 g為成年組，體重>80.0 g為老年組[15- 17]。根據(jù)以往的研究，千島湖地區(qū)的繁殖社鼠主要是成年和老年個體，部分亞成年個體也參與繁殖[13]，從出生到完成發(fā)育約30d，孕期約20d，哺乳期約25—30d[16]。因此，在判斷個體的候選親本時，大致根據(jù)捕獲時間推斷個體的候選親本：1)幼年個體的候選親本為當(dāng)月及之前若干月捕獲的成體，還包括約1個月前捕獲的亞成年和2個月前捕獲的幼年；2)亞成年個體的候選親本為1個月前捕獲的成體，以及約2個月前捕獲的亞成年和3個月前捕獲的幼年；3)成年和老年個體的候選親本則是約2—3個月前捕獲的成體及更早捕獲的幼年和亞成年。將兩島整個研究階段的所有后代個體及相應(yīng)候選親本整合，用于親權(quán)鑒定。

1.5DNA提取和微衛(wèi)星擴增

社鼠個體的基因組DNA提取參照鮑毅新等[18]的方法。選取8個社鼠的高度多態(tài)微衛(wèi)星位點CAT、D9Mit23、IGFBBP、D14Mit5、LCA、D15Mit5、PKC、TNF[19]，分別用熒光基團5′6-FAM(CAT、D9Mit23、IGFBBP)、5′TAMRA(D14Mit5、LCA)、5′HEX(D15Mit5、PKC、TNF)對各位點引物進行熒光標記(上海生工生物工程有限公司)。使用寶生物工程有限公司(TAKARA)的PCR試劑盒進行PCR擴增。對各引物進行預(yù)實驗和體系篩選，確定25 μL PCR擴增體系為：0.4 μL引物R(10 μmol/L)、0.4 μL引物L(fēng)(10 μmol/L)、2.5 μL 10×buffer、2.0 μL dNTP(2.5 mmol/L)、1.0—2.0 μL MgCl2(25 mmol/L)、1.0 μL DNA、0.2 μL Taq DNA聚合酶(5U/μL)、17.0—18.0 μL H2O。擴增程序為：94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性30 s，51.9—58.3℃退火35 s，72 ℃延伸35 s，35個循環(huán)；循環(huán)結(jié)束后72 ℃延伸8—10 min；4℃保存。將PCR擴增產(chǎn)物在ABI 3700 DNA序列測定儀上進行微衛(wèi)星分型(上海生工生物工程有限公司)。每一位點均重復(fù)擴增、分型檢測2次。分型結(jié)果使用GeneMarker 1.91軟件判讀，使用CREAT 1.34軟件進行各種分子軟件數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換[20]。

1.6數(shù)據(jù)分析1.6.1遺傳結(jié)構(gòu)和親權(quán)鑒定

使用Cervus 3.0分析2個島嶼社鼠種群的遺傳結(jié)構(gòu)[21]，包括種群的等位基因頻率、等位基因數(shù)目(A)、期望雜合度(He)和觀測雜合度(Ho)、多態(tài)信息含量(PIC)、無效等位基因頻率(F-null)等。有模擬研究顯示，在無效等位基因頻率小于0.2時，不會造成親權(quán)分析中的偏差[22]，因而本研究在進行親權(quán)判定時將無效等位基因頻率大于0.2的位點去除。通過社鼠的體重、捕獲時間等估計候選親本后，使用Cervus 3.0判定社鼠的親權(quán)關(guān)系，計算出80%和95%置信水平下的Delta(Δ)值標準等，計算性別已知情況下的最似候選親本對，若后代和候選親本不匹配的基因型位點數(shù)大于2個，則將該候選親本排除[23]。

1.6.2家群判定和親緣系數(shù)計算

根據(jù)本研究社鼠最大活動距離的結(jié)果，社鼠在性成熟之前(幼年和亞成年)的最大活動距離顯著小于成年和老年個體，且成年雌鼠的最大活動距離顯著低于成年雄鼠[11, 24]。這表明幼年社鼠在成年之前、雌性社鼠在繁殖時更可能具有留居行為。因此，結(jié)合上述親權(quán)判定結(jié)果，將在一個世代周期內(nèi)，同一母本所產(chǎn)后代與其兩親本一并視為1個家群。由于社鼠營非群居生活[25]，故本研究視一個家群不包含多個世代個體。使用Kingroup v2[26]計算兩個島嶼上社鼠個體之間的親緣系數(shù)，并比較整個島嶼上社鼠種群個體之間的親緣系數(shù)。計算家群內(nèi)部成員不同性別個體之間的親緣系數(shù)；比較由同一雄鼠聯(lián)系的兩個家群之間親緣關(guān)系(本研究中社鼠呈現(xiàn)混交制，同一雄鼠可能分布在不同家群)。

1.6.3統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計和比較分析采用SPSS13.0和Origin8.0進行。個體間親緣系數(shù)的差異采用獨立樣本t檢驗、配對樣本t檢驗及單因素方差分析等。檢驗數(shù)據(jù)須符合正態(tài)分布，對于非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)需進行對數(shù)或其他形式的轉(zhuǎn)換。若方差分析中出現(xiàn)方差不同質(zhì)的情況，則進行Mann-WhitneyU檢驗，其中P≤0.05為差異顯著水平，P≤0.01為差異極顯著水平。

2結(jié)果

2.1親權(quán)關(guān)系的確立

由于取樣過程和基因分型中的誤差，A島和B島實際獲得的已進行基因分型的社鼠樣本量分別為80和58，兩島社鼠種群的遺傳多樣性見表1。兩島種群8個微衛(wèi)星位點的無效等位基因頻率均小于0.1，親權(quán)判定過程中無需剔除位點。A島80個已知等位基因的社鼠樣本中，確定了58只社鼠的父母本，仍有22只社鼠未確定父、母本，親子關(guān)系確定率為72.5%，共涉及71只個體之間的親緣關(guān)系，其中作為父本的個體15只，作為母本的個體12只(這些父本和母本個體可能也作為另一些親本對的后代)；B島58個已知等位基因的社鼠樣本中，確定了33只社鼠的父、母本，仍有25只社鼠未確定父、母本，親子關(guān)系確定率為56.9%，共涉及49只個體之間的親緣關(guān)系，其中作為父本的個體10只，作為母本的個體11只(這些父本和母本個體可能也作為另一些親本對的后代)。結(jié)果顯示，兩島社鼠種群均呈現(xiàn)混交的婚配制度。

表1　兩島嶼社鼠種群的遺傳多樣性

N為基因分型的個體數(shù)；A為位點等位基因數(shù)；Ho為位點觀測雜合度；He為位點期望雜合度；PIC為位點多態(tài)信息含量；F-null為位點無效等位基因頻率；HWE為Hardy-Weinberg平衡檢驗的P值

2.2家群內(nèi)部成員間的親緣關(guān)系

2.2.1親代與后代的親緣關(guān)系

兩島社鼠種群親代和后代間的親緣系數(shù)計算結(jié)果如下：A島家群中父本與母本間的親緣系數(shù)(MO-FA)為0.12±0.02(Mean±SE，下同)，母本與后代間的親緣系數(shù)(MO-OF)為0.25±0.02，父本與后代間的親緣系數(shù)(FA-OF)為0.23±0.02，三組間差異極顯著(F2,125=10.677，P=0.001)，其中僅MO-OF與FA-OF間不存在顯著性差異(P=0.491)，其他兩兩比較均呈極顯著差異(圖2)。B島家群中MO-FA的親緣系數(shù)為0.10±0.03，MO-OF的親緣系數(shù)為0.31±0.03，F(xiàn)A-OF的親緣系數(shù)為0.24±0.02，三組間差異極顯著(F2,88=14.233，P=0.001)，與A島相似，僅僅MO-OF與FA-OF間不存在顯著性差異(P=0.051)，其他兩兩比較均呈極顯著差異(圖2)。

2.2.2親代與后代不同性別間的親緣系數(shù)

A島家群的親代雌雄之間的親緣系數(shù)(P-P M-F)即父本與母本間親緣系數(shù)MO-FA為0.12±0.02，家群中后代雌雄個體之間的親緣系數(shù)(O-O M-F)為0.21±0.02，親代個體與后代個體雌雄之間的親緣系數(shù)(P-O M-F)為0.26±0.02。B島家群中，P-P M-F即MO-FA的親緣系數(shù)為0.10±0.03，O-O M-F的親緣系數(shù)為0.17±0.04，P-O M-F的親緣系數(shù)為0.26±0.03。2島上雌雄性別對3組間均呈現(xiàn)極顯著差異(A島：F2,167=9.037，P=0.001；B島：F2,80=6.478，P=0.002)2島親代-親代、后代-后代、親代-后代雌雄之間的親緣系數(shù)均表現(xiàn)為親代—親代最小，A島P-P M-F間的親緣系數(shù)極顯著小于O-O M-F間(P=0.005)和P-O M-F間(P=0.000)的親緣系數(shù)，B島P-P M-F間的親緣系數(shù)極顯著小于P-O M-F間(P=0.001)的親緣系數(shù)，而與O-O M-F間親緣系數(shù)無顯著性差異(P=0.058)。即配對繁殖的雌雄個體之間的親緣系數(shù)極顯著小于非配對繁殖的雌雄之間(圖3)。

圖2　兩島親代與后代個體間的親緣系數(shù)Fig.2　Relatedness between parent and offspring in A island and B island 字母a，b，c表示是否有顯著性差異

圖3　兩島親代與子代個體雌雄之間的親緣系數(shù)Fig.3　Relatedness between opposite sex of parent-offspring pair in A island and B island

A島家群親代與后代同性別個體間的親緣系數(shù)為：親代-后代個體雄性間的親緣系數(shù)(P-O M-M)為0.21±0.03，親代-后代個體雌性間的親緣系數(shù)(P-O F-F)為0.26±0.02，后代個體雄性間的親緣系數(shù)(O-O M-M)為0.19±0.02，后代個體雌性間的親緣系數(shù)(O-O F-F)為0.28±0.08；經(jīng)Mann-WhitneyU非參數(shù)檢驗，表明家群中同性別個體之間，僅母女間(P-O F-F)的親緣系數(shù)與后代兄弟間(O-O M-M)有極顯著性差異(U=453.000，P=0.010)，其他性別對間無顯著性差異。B島家群中，P-O M-M的親緣系數(shù)為0.28±0.03，P-O F-F的親緣系數(shù)為0.29±0.04，O-O M-M的親緣系數(shù)為0.34±0.05，O-O F-F的親緣系數(shù)為0.19±0.04；該島親代與后代4個同性別對的親緣系數(shù)無顯著性差異(F3,65=2.687，P=0.054)；而該島家群中后代姊妹間(O-O F-F)的親緣關(guān)系顯著小于母女間(P-O F-F)的親緣關(guān)系(P=0.042)，且顯著小于后代兄弟間(O-O M-M)的親緣關(guān)系(P=0.019)(圖4)。

圖4　兩島親代與子代個體同性別之間的親緣系數(shù)Fig.4　Relatedness between the same sex of parent-offspring pair in A island and B island

2.2.3不同性別間的親緣系數(shù)

將家群不同性別間的親緣系數(shù)分為配對繁殖的雌雄之間(M-F Pair)即父本與母本間MO-FA、非繁殖的雌雄之間包括親代與后代個體雌雄間和后代個體雌雄間(M-F other)、雄性之間(M-M)、雌性之間(F-F)4個方面進行比較。

A島家群中，M-F pair即MO-FA的親緣系數(shù)為0.12±0.02，M-F other的親緣系數(shù)為0.23±0.01，M-M的親緣系數(shù)為0.20±0.17，F(xiàn)-F的親緣系數(shù)為0.24±0.19；不同性別間的親緣系數(shù)呈現(xiàn)極顯著差異(F3,314=5.102，P=0.002)，其中M-F pair的親緣系數(shù)均極顯著的小于M-F other(P=0.001)、M-M(P=0.010)及F-F(P=0.002)的親緣系數(shù)，即配對繁殖的雌雄鼠間的親緣關(guān)系相對較遠(圖5)。B島家群中，M-F pair即MO-FA的親緣系數(shù)為0.10±0.03，M-F other的親緣系數(shù)為0.22±0.02，M-M的親緣系數(shù)為0.31±0.03，F(xiàn)-F的親緣系數(shù)為0.23±0.12；經(jīng)Mann-WhitneyU檢驗，組間的兩兩比較顯示，M-F pair的親緣系數(shù)均極顯著的小于M-F other(U=358.500，P=0.001)、M-M(U=59.500，P=0.001)及F-F(U=310.500，P=0.001)的親緣系數(shù)，與A島相同；另外M-M與M-F other的親緣系數(shù)也有顯著性差異(U=464.500，P=0.032)(圖5)。由此可見，兩島不同性別個體間親緣系數(shù)表現(xiàn)相同，均為配對繁殖的雌雄鼠之間親緣系數(shù)最低。

圖5　兩島不同性別個體間的親緣系數(shù)Fig.5　Relatedness of different sex pair in A island and B island

2.3家群間的親緣關(guān)系

2.3.1不同家群的母本間的親緣關(guān)系

兩島嶼社鼠種群的婚配制度均是混交型，有的雄鼠在繁殖時期與多個不同的雌鼠交配，從而形成以不同母本雌鼠為基礎(chǔ)的家群可能包含同一個或一些父本雄鼠，為了解這些與同一雄鼠有關(guān)的家群間的親緣關(guān)系，計算了與同一父本雄鼠有關(guān)的不同家群母本之間的親緣系數(shù)(relatedness between mother and mother that mating with the same father, MO-MO)，結(jié)果顯示，A島共10只父本雄鼠分別與不同雌鼠交配，這些雌鼠之間的親緣系數(shù)平均為0.16±0.03，且與每只父本雄鼠交配的不同雌鼠之間的親緣系數(shù)均在0.20以下(圖6)；B島共7只父本雄鼠分別與不同雌鼠交配，這些雌鼠之間的親緣系數(shù)平均為0.14±0.04，且除了與B41父本雄性交配的雌鼠之外，其余與每只父本雄鼠交配的不同雌鼠之間的親緣系數(shù)也低于0.20(圖6)。

圖6　兩島與同一父本交配的不同家群母本之間的親緣系數(shù)Fig.6　Relatedness between mothers that mating with the same father

2.3.2家群中與同一母本交配的父本間的親緣關(guān)系

與上述類似，同一母本在不同繁殖期與不同雄鼠交配，為了解同一雌鼠選擇作為交配對象的不同雄鼠之間的親緣關(guān)系如何，計算了與同一雌鼠交配的不同雄鼠之間的親緣系數(shù)(relatedness between father and father that mating with the same mother, FA-FA)，結(jié)果顯示，A島共9只母本雌鼠與不同的雄鼠交配，這些雄鼠之間的親緣系數(shù)平均為0.14±0.02，且除了與母本雌鼠A41和A53交配的雄鼠外，其余與每只雌鼠交配的不同雄鼠之間的親緣系數(shù)均低于0.20(圖7)；B島共7只母本雌鼠與不同的雄鼠交配，這些雄鼠之間的親緣系數(shù)平均為0.10±0.04，且除了與母本雌鼠B02和B46交配的雄鼠外，其余與每只雌鼠交配的不同雄鼠之間的親緣系數(shù)也均低于0.20(圖7)。

圖7　兩島與同一母本交配的不同家群父本之間的親緣系數(shù)Fig.7　Relatedness between fathers that mating with the same mother

3討論

3.1家群內(nèi)部成員間的親緣關(guān)系

理論上，在種群處于Hardy-Weinberg平衡時，個體間親緣系數(shù)為0.5時表明為直系關(guān)系，即親本與后代關(guān)系或同胞父母兄弟姐妹關(guān)系(Full sibling)，個體間的親緣系數(shù)為0.25時表明為半同胞兄弟姐妹關(guān)系(Half sibling)[27- 28]。2島社鼠家群中父本和母本與后代間的親緣系數(shù)均未達到0.5，平均值范圍在0.23—0.31之間，這可能揭示2島社鼠種群均處于偏離Hardy-Weinberg平衡的狀態(tài)。2島父本和母本間的親緣系數(shù)在0.1左右，不僅與父母本和后代間直系的親緣系數(shù)有極顯著的差異(F2,125=10.677，P=0.001)，而且極顯著地低于其他非配對繁殖的雌雄鼠之間(M-F other)——包括親代與后代雌雄間(P-O，M-F)和后代雌雄鼠間(O-O，M-F)——的親緣系數(shù)(A島：P=0.001；B島：P=0.001)，這很可能反映了處于繁殖期的雌鼠和雄鼠在挑選配偶時是有選擇性的，即更傾向于挑選親緣關(guān)系較遠的異性作為配偶[14, 29- 30]，這可能是避免近交的一種有效手段[29- 30]，然而在限制性的生存環(huán)境中這一推測不是絕對的，因為已觀察到2島上存在后代與其親本近交的現(xiàn)象，因此推測島嶼上的社鼠種群在封閉的“圍欄”環(huán)境下避免近親繁殖，同時可能在資源和配偶競爭較強的情況下出現(xiàn)一定程度的近交，這種復(fù)雜的交配關(guān)系與島嶼環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性密切相關(guān)。另外，從處于Hardy-Weinberg平衡時種群個體間親緣系數(shù)的理論值來看，無論是同胞兄弟姐妹還是半同胞兄弟姐妹關(guān)系，后代間親緣系數(shù)的平均值將處于0.25到0.5之間，而親本與后代間親緣系數(shù)理論上都為0.5，其平均值應(yīng)高于后代之間親緣系數(shù)。本研究中，除了B島后代兄弟間(O-O，M-M)親緣系數(shù)高于母女間(P-O，F(xiàn)-F)的之外(差異不顯著)(圖4)，在其他類似的比較中，均體現(xiàn)了親本與后代間的親緣系數(shù)高于后代間(圖3,圖4)，與理論值的大小關(guān)系大致相同，然而實際的親緣系數(shù)值可能由于種群個體近交的影響無法達到Hardy-Weinberg平衡時的理論狀態(tài)，也反映了島嶼種群個體的近交及繁殖行為的復(fù)雜性。

一般認為種群中某一性別的個體間親緣關(guān)系越遠，該性別的個體的活動將更可能受到限制而傾向于擴散[31- 32]，若雌性間的親緣關(guān)系較雄性間的親緣關(guān)系近，并且雌性的活動距離更短，這顯然表示親緣關(guān)系較近的雌性更傾向于集中、戀家[14, 33]。A島家群雄性間(M-M)的親緣系數(shù)平均值低于雌性間(F-F)(差異不顯著)，而B島家群雄性間親緣系數(shù)平均值高于雌性間(差異不顯著)(圖5)，A島同性別個體間(M-M和F-F)親緣系數(shù)的標準誤較大，存在較大的系統(tǒng)誤差，無法驗證上述觀點。A島家群后代兄弟間的親緣系數(shù)最低，小于后代姊妹間的親緣系數(shù)(差異不顯著)，表現(xiàn)出后代兄弟之間的親緣關(guān)系相對較遠，姊妹之間關(guān)系相對較近，而B島家群后代姊妹間的親緣系數(shù)最低，小于后代兄弟間的親緣系數(shù)(差異極顯著)，表現(xiàn)出兄弟之間親緣關(guān)系相對較近，姊妹之間關(guān)系相對較遠，兩島情況相反(圖4)。這一結(jié)果可能反映了兩島個體擴散的差異，A島雌性個體更傾向于戀家，雄性個體更傾向于向外擴散，而B島雌性與雄性可能在擴散方面的差異不大。以往研究顯示，兩島雄性社鼠最大活動距離均大于雌性[24]，雄性為使繁殖成功最大化而將活動范圍擴展地更廣[34]，表明兩島的雌鼠更傾向于戀家，本研究中B島的結(jié)果與以往的推論矛盾，原因可能是2島社鼠雌雄性比的差異，雌雄性比隨著種群數(shù)量動態(tài)的變化造成雌雄個體數(shù)差異[35]，從而可能影響了親緣關(guān)系及個體的活動及擴散行為。然而僅僅從親緣系數(shù)、最大活動距離、性比等方面評價社鼠的擴散遠遠不夠，2島雄性間親緣系數(shù)與雌性間親緣系數(shù)的差異表現(xiàn)不一致，可能只在某個方面暗示了2島各自的微環(huán)境造成社鼠種群擴散活動的特殊性。因此關(guān)于2島社鼠種群擴散的特征需進一步系統(tǒng)深入研究。

3.2家群間的親緣關(guān)系

本研究在2島社鼠最大活動距離研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)雌雄鼠最大活動距離的差異初步判斷雌鼠更傾向于戀家，幼鼠更傾向于在成年之前分布于出生地附近，由此劃分家群時以母本為基礎(chǔ)，將其后代以及與其交配的雄性(即父本)共同視為同一家群。混交的雌雄鼠之間，同一雄鼠與不同雌鼠混交，與同一雄鼠交配的不同雌鼠之間的親緣系數(shù)幾乎全部(A島9/9，B島6/7)低于0.2(圖6)；同一雌鼠與不同雄鼠混交，與同一雌鼠交配的不同雄鼠之間的親緣系數(shù)大多數(shù)(A島7/9，B島5/7)也低于0.2(圖7)?？梢酝茰y2島混交制的社鼠種群中，個體在與不同異性交配時，可能不會選擇相互之間親緣關(guān)系較近的異性。然而雌鼠B46的不同交配對象之間的親緣系數(shù)接近0.6，是一個極端值，這可能是數(shù)據(jù)值不足造成的，因此上述推測仍需進一步研究驗證。

參考文獻(References):

[1]曲家鵬, 李克欣, 楊敏, 李文靖, 張堰銘, Smith A T. 高原鼠兔家群空間領(lǐng)域的季節(jié)性動態(tài)格局. 獸類學(xué)報, 2007, 27(3):215- 220.

[2]曲家鵬, 楊敏, 李文靖, 李克欣, 張堰銘, Smith A T. 高原鼠兔家群結(jié)構(gòu)的季節(jié)變異. 獸類學(xué)報, 2008, 28(2):144- 150.

[4]Lacey L A, Mesquitaa A L M, Mrcadier G, Debire R, Kazmer D J, Leclant F. Acute and sublethal activity of the entomopathogenic fungusPaecilomycesfumosoroseus(Deuteromycotina:Hyphomycetes) on adultAphelinusasychis(Hymenoptera:Aphelinidae). Environmental Entomology, 1997, 26 (6):1452- 1460.

[5]Festa-Bianchet M, Apollonio M. Animal Behavior and Wildlife Conservation. Washington:Island Press, 2003.

[6]Poteaux C, Baubet E, Kaminski G, Brandt S, Dobson F S, Baudoin C. Socio- genetic structure and mating system of a wild boar population. Journal of Zoology, 2009, 278(2):116- 125.

[7]Garg K M, Chattopadhyay B, Swami Doss D P, Kumar A K V, Kandula S, Ramakrishnan U. Promiscuous mating in the harem- roosting fruit bat,Cynopterussphinx. Molecular Ecology, 2012, 21(16):4093- 4105.

[8]趙慶洋, 鮑毅新, 孫波, 張龍龍, 胡知淵. 千島湖島嶼小型獸類群落的多樣性. 獸類學(xué)報, 2009, 29(4):406- 412.

[9]Wang J L. Effects of genotyping errors on parentage exclusion analysis. Molecular Ecology, 2010, 19(22):5061- 5078.

[10]沈良良, 鮑毅新, 張旭, 魏德重, 劉軍. 千島湖社鼠巢區(qū)面積的季節(jié)與性別差異. 浙江師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2011, 34(3):328- 332.

[11]沈良良. 千島湖島嶼社鼠的巢區(qū)和領(lǐng)域研究. 金華:浙江師范大學(xué), 2011.

[12]張旭, 鮑毅新, 劉軍, 林杰君, 沈良良, 王艷妮. 陸橋島嶼環(huán)境下社鼠種群數(shù)量的估算方法. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(5):1562- 1569.

[13]宛新榮, 鐘文勤. 一種簡易的嚙齒動物切趾編碼方法. 動物學(xué)雜志, 2000, 35(4):22- 24.

[14]Wang Y N, Liu W, Wang G M, Wan X R, Zhong W Q. Home-range sizes of social groups of Mongolian gerbilsMerionesunguiculatus. Journal of Arid Environments, 2011, 75(2):132- 137.

[15]孫波, 鮑毅新, 張龍龍, 趙慶洋. 千島湖秋季社鼠種群年齡結(jié)構(gòu)及繁殖狀況初探. 獸類學(xué)報, 2009, 29(3):112- 119.

[16]鮑毅新, 諸葛陽. 社鼠的年齡鑒定與種群年齡組成. 獸類學(xué)報, 1984, 4(2):127- 137.

[17]張潔. 社鼠種群生態(tài)研究. 獸類學(xué)報, 1993, 13(3):198- 204.

[18]鮑毅新, 孫波, 張龍龍, 趙慶洋. 對動物組織DNA提取方法的改進及PCR檢測. 浙江師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2009, 32(3):317- 321.

[19]孫波, 鮑毅新, 張龍龍, 趙慶洋, 許婧. 大鼠及小鼠微衛(wèi)星引物在社鼠中的跨種擴增. 動物學(xué)雜志, 2009, 44(6):145- 150.

[20]Coombs J A, Letcher B H, Nislow K H. CREATE:a software to create input files from diploid genotypic data for 52 genetic software programs. Molecular Ecology Resources, 2008, 8(3):578- 580.

[21]Kalinowski S T, Taper M L, Marshall T C. Revising how the computer program CERVUS accommodates genotyping error increases success in paternity assignment. Molecular Ecology, 2007, 16(5):1099- 1106.

[22]Dakin E E, Avise J C. Microsatellite null alleles in parentage analysis. Heredity, 2004, 93(5):504- 509.

[23]Lane J E, Boutin S, Gunn M R, Slate J, Coltman D W. Female multiple mating and paternity in free-ranging North American red squirrels. Animal Behaviour, 2008, 75(6):1927- 1937.

[24]葉彬, 沈良良, 鮑毅新, 張旭. 年齡、性別及季節(jié)因素對千島湖島嶼社鼠最大活動距離的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(11):3311- 3317.

[25]鮑毅新. 社鼠的研究概要. 浙江師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 1993, 16(2):50- 54.

[26]Konovalov D A, Manning C, Henshaw M T. KINGROUP:a program for pedigree relationship reconstruction and kin group assignments using genetic markers. Molecular Ecology Notes, 2004, 4(4):779- 782.

[27]Queller D C, Goodnight K F. Estimating relatedness using genetic markers. Evolution, 1989, 43(2):258- 275.

[28]Baxter B D, Mendez-Harclerode F M, Fulhorst C F, Bradley R D. A molecular examination of relatedness, multiple paternity, and cohabitation of the southern plains woodrat (NeotomaMicropus). Journal of Mammalogy, 2009, 90(4):819- 831.

[29]Stow A J, Sunnucks P. Inbreeding avoidance in Cunningham′s skinks (Egerniacunninghami) in natural and fragmented habitat. Molecular Ecology, 2004, 13(2):443- 447.

[30]Charpentier M J, Fontaine M C, Cherel E, Renoult J P, Jenkins T, Benoit L, Barthès N, Alberts S C, Tung J. Genetic structure in a dynamic baboon hybrid zone corroborates behavioural observations in a hybrid population. Molecular Ecology, 2012, 21(3):715- 731.

[31]Goudet J, Perrin N, Waser P. Tests for sex-biased dispersal using bi-parentally inherited genetic markers. Molecular Ecology, 2002, 11(6):1103- 1114.

[32]Cutrera A P, Lacey E A, Busch C. Genetic structure in a solitary rodent (Ctenomystalarum):implications for kinship and dispersal. Molecular Ecology, 2005, 14 (8):2511- 2523.

[33]Wolff J O. More on juvenile dispersal in mammals. Oikos, 1994, 71(2):349- 352.

[34]Schradin C, Pillay N. Female striped mice (Rhabdomyspumilio) change their home ranges in response to seasonal variation in food availability. Behavior Ecology, 2006, 17(3):452- 458.

[35]張旭, 鮑毅新, 劉軍, 沈良良, 葉彬, 施渭渭. 千島湖島嶼社鼠的種群年齡結(jié)構(gòu)和性比. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(16):5000- 5007.

Genetic structure and relatedness based on parentage analysis in family groups of Chinese white-bellied rats (Niviventerconfucianus) in Thousand Island Lake

YE Bin, BAO Yixin*, WANG Yanni, ZHANG Shusheng, FANG Pingfu

InstituteofEcology,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China

Abstract:We analyzed the parentage of Chinese white-bellied rats (Niviventer confucianus) that were mark-recaptured from July 2009 to November 2010 on two islands in Thousand Island Lake, Zhejiang Province, by using eight highly polymorphic microsatellite loci, and explored the characteristics of the relatedness between family groups. These eight loci can indicate the parentage of Chinese white-bellied rat populations on the two islands reliably. According to the results, 71 individuals from island A were divided into 12 family groups, the largest of which contained 19 members. The 49 individuals from island B were divided into 11 family groups, the largest of which contained 14 members. The relatedness of male-female pairs for reproduction (M-F pair) was lowest compared with other pairwise comparison, suggesting that the Chinese white-bellied rats could avoid inbreeding. Relatedness of male-male (M-M) and female-female (F-F) among offspring showed inconsistent performances between island A and island B, suggesting different dispersal particularities. Relatedness of the individual pairwise mating with the same male or female provided some information regarding mate choices. We considered that Chinese white-bellied rats preferred to choose the mates with low relatedness.

Key Words:Niviventer confucianus; microsatellite; parentage analysis; family group; relatedness; Thousands Island Lake

DOI:10.5846/stxb201405201030

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:sky90@zjnu.cn

收稿日期:2014- 05- 20; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 06- 12

基金項目:浙江省自然科學(xué)基金(Y507080); 國家自然科學(xué)基金項目(31200323); 浙江省自然科學(xué)青年基金(LQ12C04001)

葉彬， 鮑毅新, 王艷妮， 章書聲， 方平福.基于親權(quán)鑒定的千島湖社鼠家群遺傳結(jié)構(gòu)與親緣關(guān)系特征研究.生態(tài)學(xué)報,2016,36(3):811- 820.

Ye B, Bao Y X, Wang Y N, Zhang S S, Fang P F.Genetic structure and relatedness based on parentage analysis in family groups of Chinese white-bellied rats (Niviventerconfucianus) in Thousand Island Lake.Acta Ecologica Sinica,2016,36(3):811- 820.