基于線粒體控制區(qū)的嘉陵裸裂尻魚(yú)種群遺傳結(jié)構(gòu)分析

王 太,杜巖巖,楊濯羽,張艷萍,婁忠玉,焦文龍

甘肅省水產(chǎn)研究所,甘肅省冷水性魚(yú)類種質(zhì)資源與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730030

基于線粒體控制區(qū)的嘉陵裸裂尻魚(yú)種群遺傳結(jié)構(gòu)分析

王 太,杜巖巖,楊濯羽,張艷萍*,婁忠玉,焦文龍

甘肅省水產(chǎn)研究所,甘肅省冷水性魚(yú)類種質(zhì)資源與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730030

嘉陵裸裂尻魚(yú)為青藏高原特有魚(yú)類,近年來(lái)隨自然地理氣候的變遷和人類活動(dòng)的影響,種群數(shù)量急劇減少。為了解嘉陵裸裂尻魚(yú)的遺傳背景以便更好的保護(hù)其遺傳資源,本研究采用線粒體控制區(qū)部分序列變異,分析了嘉陵裸裂尻魚(yú)6個(gè)地理種群的遺傳結(jié)構(gòu)和分布動(dòng)態(tài)。在147尾個(gè)體中共發(fā)現(xiàn)17個(gè)變異位點(diǎn),定義了14種單倍型,群體總的單倍型多樣性較高為0.810,核苷酸多樣性低為0.00698。AMOVA分析顯示,44.29%的分子差異源于群體間,55.71%的分子差異源于群體內(nèi),群體間遺傳分化極顯著。Fst值統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明,除宕昌群體和舟曲群體之間差異不顯著外,其余兩兩群體之間Fst值統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)均顯著。基因流估計(jì)顯示各群體間的基因流水平較高,遺傳交流較頻繁。Mantel test檢驗(yàn)表明,嘉陵裸裂尻魚(yú)種群之間遺傳分化程度與地理距離存在顯著相關(guān)。系統(tǒng)樹(shù)和單倍型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化圖顯示,6個(gè)地理群體的單倍型按照嘉陵江水系和渭河水系形成兩個(gè)大的類群。錯(cuò)配分布和中性檢驗(yàn)表明嘉陵裸裂尻魚(yú)群體在近期歷史上群體大小保持穩(wěn)定,未出現(xiàn)顯著的種群擴(kuò)張。根據(jù)本文所揭示的嘉陵裸裂尻魚(yú)種群遺傳結(jié)構(gòu)特征,建議將分布在嘉陵江水系的嘉陵裸裂尻魚(yú)作為一個(gè)整體進(jìn)行保護(hù),嘉陵裸裂尻魚(yú)渭河種群屬高度分化的單倍型類群,且遺傳多樣性極低,需對(duì)該種群進(jìn)行優(yōu)先保護(hù)。

嘉陵裸裂尻魚(yú)；線粒體控制區(qū)；種群遺傳結(jié)構(gòu)；遺傳多樣性

青藏高原作為全球遺傳多樣性的重要區(qū)域,通過(guò)對(duì)魚(yú)類生物地理學(xué)的研究在探討青藏高原的地質(zhì)變遷和水系演化方面具有現(xiàn)實(shí)意義。裂腹魚(yú)亞科(Schizothracinae)魚(yú)類是青藏高原魚(yú)類的重要類群之一,它們對(duì)高原環(huán)境表現(xiàn)出了很強(qiáng)的適應(yīng)性,成為在高原上分布范圍最廣、分布海拔最高的類群,最高可分布到海拔5600 m,是鯉科魚(yú)類中適應(yīng)高寒環(huán)境的一個(gè)特化類群[1],它和鰍科高原鰍屬魚(yú)類共同構(gòu)成了青藏高原魚(yú)類區(qū)系的主體。

嘉陵裸裂尻魚(yú)(Schizopygopsiskialingensis)屬裂腹魚(yú)亞科裸裂尻魚(yú)屬(Schizopygopsis),主要分布在嘉陵江上游支流白龍江,以底棲無(wú)脊椎動(dòng)物為食。繁殖期在每年6月河流解凍之后,產(chǎn)卵場(chǎng)位于水深1米以內(nèi)的緩流處。近年來(lái),隨著自然地理氣候的變遷、人類活動(dòng)的加劇,涉水工程的建設(shè)、水體污染和長(zhǎng)期過(guò)度捕撈等對(duì)嘉陵裸裂尻魚(yú)“三場(chǎng)”及棲息地、洄游通道等造成了嚴(yán)重影響,再加上其性成熟晚,分布區(qū)域狹窄,生長(zhǎng)速度緩慢等自身因素限制了種群的發(fā)展[2],種群數(shù)量急劇減少,棲息地呈現(xiàn)出一種破碎化狀態(tài),已經(jīng)被列入甘肅省重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物名錄。目前,嘉陵裸裂尻魚(yú)的相關(guān)研究主要集中在形態(tài)學(xué)[3]、資源分布[4]和分類地位[5]方面,遺傳多樣性評(píng)估方面的研究還未見(jiàn)有報(bào)道。

線粒體DNA具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、母系遺傳、幾乎不發(fā)生重組和進(jìn)化速度較快的特點(diǎn),是研究動(dòng)物群體遺傳學(xué)的理想分子標(biāo)記[6][7]。線粒體DNA控制區(qū)序列為線粒體非編碼區(qū)序列,進(jìn)化速度較快,是分析魚(yú)類種群遺傳結(jié)構(gòu)的優(yōu)良標(biāo)記。趙凱等[8]采用D-loop和cytb聯(lián)合序列分析了的祁連山裸鯉的生物地理學(xué)過(guò)程,認(rèn)為在0.05—0.37Ma前祁連裸鯉種群由石羊河沿著青藏高原東北邊緣由東向西擴(kuò)張。孟瑋等[9]采用D-loop序列片段分析了塔里木裂腹魚(yú)的遺傳結(jié)構(gòu),認(rèn)為塔里木河的5個(gè)群體間遺傳分化顯著。本文通過(guò)線粒體控制區(qū)序列變異分析了嘉陵裸裂尻魚(yú)的種群遺傳變化,旨在為嘉陵裸裂尻魚(yú)資源的管理與保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和DNA提取

實(shí)驗(yàn)采集嘉陵裸裂尻魚(yú)6個(gè)野生群體(見(jiàn)圖1),共147尾個(gè)體,樣品數(shù)量、采集地見(jiàn)表1。取右側(cè)胸鰭2 g置于無(wú)水乙醇中固定后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析,采用酚/氯仿法提取基因組DNA。

1.2 PCR擴(kuò)增和序列測(cè)定

擴(kuò)增mtDNA控制區(qū)序列的引物[8]: GEDL200: 5′-CACCCCTGGCTCCCAAAGCCAG- 3′; GEDH860: 5′-AGGGGTTTGACAAGAATAACAGGA- 3′,由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司合成。PCR反應(yīng)體系為25 μL,其中包括1 U TaqDNA聚合酶(TaKaRa),2.5 μL 10× Taq buffer(TaKaRa,含Mg2+),兩條引物(10 mmol/L)各1 μL,0.5 μL dNTPs(2.5 mmol/L)1 μL DNA模板,其余雙蒸水補(bǔ)足。PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性5 min；94℃變性30 s, 55℃退火30 s, 72℃延伸60 s,共30個(gè)循環(huán)；反應(yīng)結(jié)束后在72℃再延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)后送上海美吉生物工程公司純化并雙向測(cè)序,測(cè)序引物為擴(kuò)增引物。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用DnaSP 5.0軟件[10]計(jì)算單倍型數(shù)、多態(tài)位點(diǎn)、單倍型多樣性、核苷酸多樣性和錯(cuò)配分布(Mismatch)分析(自舉值為500)等；采用Arlequin 3.0軟件[11]計(jì)算兩兩群體間的遺傳分化指數(shù)FST值(重復(fù)次數(shù)10000),用公式Nm=[(1/Fst)-1]/2 計(jì)算基因流Nm[12],并進(jìn)行AMOVA分析和Tajima′s D、Fu′s Fs中性檢驗(yàn)(重復(fù)次數(shù)10000),獲得SSD值和Raggedness值。采用矩陣相關(guān)分析(Mantel test)檢驗(yàn)6個(gè)種群之間的遺傳分化是否與地理距離相關(guān),檢驗(yàn)矩陣為種群兩兩之間線性化的遺傳分化系數(shù)Fst矩陣及采樣點(diǎn)地理距離矩陣,地理距離為兩個(gè)GPS位點(diǎn)間的直線距離,并進(jìn)行l(wèi)n轉(zhuǎn)換,計(jì)算相關(guān)系數(shù)r。用Mega 7.0軟件[13]統(tǒng)計(jì)堿基組成,并基于Kimura2-parameter模型以黃河裸裂尻魚(yú)、極邊扁咽齒魚(yú)和齊口裂腹魚(yú)為外群,用鄰接法(Neighbor-joining,NJ)構(gòu)建分子系統(tǒng)樹(shù),系統(tǒng)樹(shù)中節(jié)點(diǎn)的自舉置信水平應(yīng)用自引導(dǎo)估計(jì),循環(huán)次數(shù)為1000次。Network 4.6.1.1軟件[14]中的median-joining算法繪制單倍型最小網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖,用以展示單倍型進(jìn)化關(guān)系。

表1 嘉陵裸裂尻魚(yú)樣本信息及遺傳多樣性指數(shù)

圖1 嘉陵裸裂尻魚(yú)采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Sketch map of sampling sites of Schizopygopsis kialingensis

2 結(jié)果

2.1 序列變異及群體遺傳多樣性

對(duì)嘉陵裸裂尻魚(yú)的線粒體控制區(qū)序列進(jìn)行比對(duì)排序后,得到706 bp的同源序列。147尾個(gè)體共包含17個(gè)核苷酸變異位點(diǎn),其中簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)16個(gè),單突變位點(diǎn)1個(gè)。堿基組成分析顯示,A、T、C和G堿基平均含量分別為31.6%、31.6%、21.9%和14.9%,其中A+T含量(63.2%)明顯高于G+C含量(36.8%),表現(xiàn)出明顯的AT偏好和反G偏倚,與其他脊椎動(dòng)物線粒體控制區(qū)核苷酸的組成特點(diǎn)相一致[15]。嘉陵裸裂尻魚(yú)群體的遺傳多樣性信息見(jiàn)表1,由表1中可以看出147尾個(gè)體共檢測(cè)出14個(gè)單倍型(KY092436—KY092449),顯示出較高的單倍型多樣性和較低的核苷酸多樣性(Hd=0.810±0.018；π=0.00698±0.00044),其中采樣點(diǎn)舟曲城關(guān)鎮(zhèn)的嘉陵裸裂尻魚(yú)單倍型多樣性最高,為0.713±0.074；采樣點(diǎn)渭源鍬峪鄉(xiāng)的單倍型多樣性最低,為0.071±0.065。

2.2 群體遺傳分化

通過(guò)計(jì)算兩兩群體間Fst值得到的結(jié)果顯示(表2),宕昌群體(TC)和舟曲群體(ZQ)之間差異不顯著(P>0.01),其余兩兩群體之間Fst值統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)均顯著。其中,迭部群體與渭源群體間的Fst值最大(0.75132),宕昌群體與舟曲群體間的Fst值最小(0.03368)。嘉陵裸裂尻魚(yú)群體進(jìn)行分子變異(AMOVA)分析結(jié)果顯示(表3),44.29%的分子差異位于群體間,55.71%的分子差異位于群體內(nèi),群體間遺傳分化極顯著(Fst=0.44292；P=0.000)。按照采樣點(diǎn)所處水系將6個(gè)地理種群分為2組,渭源種群為1組,其余5個(gè)種群為1組,進(jìn)行AMOVA分析顯示,38.48%的分子差異位于組間,19.25%的分子差異位于組內(nèi)群體間,42.27%的分子差異位于群體內(nèi),組間的遺傳分化不顯著(Fst=0.38481；P=0.155),組內(nèi)群體間和群體內(nèi)的遺傳分化極顯著。根據(jù)遺傳分化指數(shù)計(jì)算出種群間的基因流Nm為0.08275—7.17280,其中只有舟曲群體與迭部群體、拱壩群體和宕昌群體,宕昌與迭部群體之間的基因流大于1(表4)。

表2 嘉陵裸裂尻魚(yú)群體間Fst值(對(duì)角線下)及相應(yīng)的P值(對(duì)角線上)

表3 嘉陵裸裂尻魚(yú)6種群間遺傳差異的分子方差分析(AMOVA)

表4嘉陵裸裂尻魚(yú)6個(gè)地理種群間基因流(Nm)(下三角)與地理距離(km)(上三角)

Table4Matrixofpopulationpairwisemigrationrates(Nm)values(below diagonal)andgeographicaldistances(km) (above diagonal)betweenpopulationsofSchizopygopsiskialingensis

群體屬地Populationgeogra-phy迭部益哇鄉(xiāng)迭部臘子鄉(xiāng)舟曲城關(guān)鎮(zhèn)舟曲拱壩鄉(xiāng)宕昌南河鎮(zhèn)渭源鍬峪鄉(xiāng)迭部益哇鄉(xiāng)67.6110.6143.8115.8144.2迭部臘子鄉(xiāng)0.3064653.084.447.9105.3舟曲城關(guān)鎮(zhèn)2.163830.8191134.827.5136.3舟曲拱壩鄉(xiāng)0.474510.459501.6903959.9145.1宕昌南河鎮(zhèn)1.284310.753697.172800.50134117.7渭源鍬峪鄉(xiāng)0.082750.152110.133840.103740.10660

Mantel test檢驗(yàn)表明,嘉陵裸裂尻魚(yú)種群之間遺傳分化程度與地理距離存在顯著的相關(guān)(r=0.6952,P<0.0500),說(shuō)明距離隔離模型可以有效的解釋嘉陵裸裂尻魚(yú)種群目前遺傳格局的形成。但是也有情況例外,迭部嗌哇鄉(xiāng)(DB)群體與迭部臘子鄉(xiāng)(LZ)群體的地理距離較近,但群體之間的遺傳差異較大。

2.3 分子系統(tǒng)發(fā)育分析

以黃河裸裂尻魚(yú)(Schizopygopsispylzovi)、極邊扁咽齒魚(yú)(Platypharodonextremus)和齊口裂腹魚(yú)(Schizothoraxprenanti)為外類群,應(yīng)用鄰接法(NJ)構(gòu)建嘉陵裸裂尻魚(yú)14個(gè)線粒體控制區(qū)序列單倍型(KY092436-KY092449)之間的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(圖2)。結(jié)果顯示,所有的嘉陵裸裂尻魚(yú)樣本聚為一個(gè)單系,并清楚的識(shí)別出了對(duì)應(yīng)于水系的兩個(gè)譜系群體,即嘉陵江組群和渭河組群。依據(jù)Network軟件以中接法(Median-joining)構(gòu)建的單倍型進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖顯示(圖3、圖4),大部分單倍型之間經(jīng)過(guò)一步突變,H1做為嘉陵裸裂尻魚(yú)在嘉陵江水系的祖先單倍型,H3做為渭河水系的祖先單倍型,并且兩個(gè)譜系群體之間沒(méi)有共享單倍型。單倍型進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)一步支持了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的分析, 嘉陵裸裂尻魚(yú)6個(gè)地理群體的單倍型按照嘉陵江水系和渭河水系形成兩個(gè)大的類群。

圖2 基于D-loop區(qū)序列構(gòu)建嘉陵裸裂尻魚(yú)的NJ樹(shù),節(jié)點(diǎn)處的數(shù)字為1000次bootstrap檢驗(yàn)的支持率Fig.2 A neighbor-joining tree of part of Schizopygopsis kialingensisin resulted from D-loop sequence. Numbers at nodes are percent recovery in bootstrap analysis (1000 replicates)

圖3 嘉陵裸裂尻魚(yú)單倍型最小進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)關(guān)系 Fig.3 Haplotypes minimum spanning network for Schizopygopsis kialingensis

2.4 群體擴(kuò)張分析

對(duì)所擴(kuò)增的147尾嘉陵裸裂尻魚(yú)的線粒體控制區(qū)序列進(jìn)行核苷酸錯(cuò)配分布分析、Tajima′s D和Fu′s FS中性檢驗(yàn)來(lái)分析種群歷史動(dòng)態(tài)。結(jié)果顯示,迭部益哇鄉(xiāng)群體(DB)、迭部臘子鄉(xiāng)群體(LZ)和渭源群體(WY)的核苷酸錯(cuò)配分布曲線呈明顯的單峰型(圖3),但Tajima′s D和Fu′s FS檢驗(yàn)均不顯著(P>0.05),表明這3個(gè)群體未顯著偏離種群擴(kuò)張模型。其余3個(gè)群體的核苷酸錯(cuò)配分布都呈現(xiàn)多峰分布,且Tajima′s D和Fu′s FS檢驗(yàn)均不顯著,未檢測(cè)到種群擴(kuò)張。將所有個(gè)體做為一個(gè)整體進(jìn)行核苷酸錯(cuò)配分布,呈現(xiàn)出多峰分布,Tajima′s D和Fu′s FS檢驗(yàn)符合中性進(jìn)化的假設(shè),說(shuō)明嘉陵裸裂尻魚(yú)群體在近期歷史上群體大小保持穩(wěn)定,未出現(xiàn)顯著的種群擴(kuò)張。

3 討論

3.1 遺傳多樣性分析

種群遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分,體現(xiàn)了物種對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力的潛力,遺傳多樣性水平、形成機(jī)制和分布格局可揭示物種起源與進(jìn)化歷程,是物種進(jìn)化潛能的保證,也是物種保護(hù)工作的基礎(chǔ)。單倍型多樣性(h)和核苷酸多樣性(π)是衡量一個(gè)物種群體變異程度的重要指標(biāo)[16]。嘉陵裸裂尻魚(yú)的單倍型多樣性和核苷酸多樣性(Hd=0.810±0.018；π=0.00698±0.00044)整體低于同亞科魚(yú)類齊口裂腹魚(yú)[17](Schizothoraxprenanti)(Hd=0.98；π=0.019)和極邊扁咽齒魚(yú)[18](Platypharodonextremus)(Hd=0.995；π=0.0129),與厚唇裸重唇魚(yú)[19](Gymnodiptychuspachycheilus)(Hd=0.844；π=0.0054)和黃河裸裂尻魚(yú)(Schizopygopsispylzovi)[20](Hd=0.79；π=0.0027)相當(dāng)。嘉陵裸裂尻魚(yú)6個(gè)地理群體的單倍型多樣性呈現(xiàn)出有些群體高、有些群體低的現(xiàn)象,而核苷酸多樣性均較低,甚至在迭部益哇鄉(xiāng)(DB)和渭源(WY)群體的核苷酸多樣性低于0.001。這種在不同群體的遺傳多樣性存在顯著的地理差異的現(xiàn)象在淡水魚(yú)類中被大量觀察到[21,22],嘉陵裸裂尻魚(yú)較低的核苷酸多樣性,可能與青藏高原第四紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了數(shù)次地質(zhì)變遷和氣候的改變,使種群受到“瓶頸效應(yīng)”的打擊,后部分種群又受到“創(chuàng)立者效應(yīng)”的作用,導(dǎo)致部分種群的遺傳多樣性貧乏。對(duì)于渭源種群(WY)來(lái)說(shuō),長(zhǎng)期的地理隔離也可能是造成遺傳多樣性水平極低的主要原因之一,有效群體數(shù)量小引起的遺傳漂變導(dǎo)致大量的遺傳變異丟失。

表5 嘉陵裸裂尻魚(yú)的中性檢驗(yàn)

圖4 不同地理群體嘉陵裸裂尻魚(yú)的核苷酸錯(cuò)配分布曲線Fig.4 The result ofmismatchdistributionpairwise haplotypes geneticdifferences forSchizopygopsis kialingensis(實(shí)線為模擬的不配對(duì)分布,虛線為觀察到的不配對(duì)分布A:DB,B:LZ,C:ZQ,D:GB,E:TC,F:WY,G:整體)

3.2 遺傳結(jié)構(gòu)分析

有研究得出地理隔離或同一水域中存在不同的棲息環(huán)境限制了基因交流,是魚(yú)類出現(xiàn)種群分化的重要原因[23],遺傳分化和基因流是評(píng)價(jià)種群遺傳結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。渭源群體(WY)采自黃河流域渭河,而其他5個(gè)地理群體為嘉陵江水系,受地理隔離影響渭源群體與其他群體之間的Fst(0.62172—0.75132)遠(yuǎn)大于0.25,說(shuō)明嘉陵裸裂尻魚(yú)渭源群體與其他種群之間遺傳分化較大,這與基因流Nm分析結(jié)果一致,群體間基因流貧乏。位于嘉陵江5個(gè)水系連通地理群體之間Fst(0.03368-0.44927)較小,相鄰地理種群之間有基因交流(Nm>1),可以抑制遺傳漂變引起的遺傳分化[24],這可能與嘉陵裸裂尻魚(yú)具有短距離洄游這一習(xí)性有關(guān)。Mantel test檢驗(yàn)表明,嘉陵裸裂尻魚(yú)種群之間遺傳分化程度與地理距離存在顯著相關(guān),說(shuō)明距離隔離模型可以有效解釋種群目前遺傳格局的形成。但是也有迭部嗌哇鄉(xiāng)(DB)群體與迭部臘子鄉(xiāng)(LZ)群體的地理距離較近,但群體之間的遺傳差異較大的現(xiàn)象,說(shuō)明地理隔離并非唯一影響嘉陵裸裂尻魚(yú)遺傳格局的因素,推測(cè)可能是由于白龍江上游大量梯級(jí)電站的建設(shè),使河流失去連通性,限制了嘉陵裸裂尻魚(yú)的擴(kuò)散,導(dǎo)致兩者之間的遺傳分化加大。

分子變異分析(AMOVA)顯示,55.71%的變異來(lái)自于種群內(nèi),44.29%的變異來(lái)自于種群間。種群間的遺傳變異較大,這與單倍型系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)(圖1)和單倍型進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖(圖2)相一致,渭源種群?jiǎn)伪缎酮?dú)自聚為一支,且渭源種群與其他種群之間沒(méi)有共享單倍型。按照水系將嘉陵裸裂尻魚(yú)種群劃分為2組進(jìn)行AMOVA分析顯示,嘉陵江水系5個(gè)地理種群間的遺傳變異將為19.25%,大部分的遺傳變異來(lái)自于種群內(nèi)的個(gè)體之間(42.27%),這同樣與單倍型進(jìn)化樹(shù)和單倍型進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖相一致,嘉陵江水系5個(gè)地理種群間沒(méi)有顯著的地理種群結(jié)構(gòu)?；蛄鞴烙?jì)顯示各群體間的基因流水平較高,遺傳交流較頻繁,這與它們?nèi)狈ΨN群結(jié)構(gòu)是一致的。綜合這幾方面研究結(jié)果都顯示,嘉陵江水系的嘉陵裸裂尻魚(yú)沒(méi)有顯著的種群分化。

3.3 種群歷史動(dòng)態(tài)與保護(hù)

嘉陵裸裂尻魚(yú)整體、舟曲城關(guān)鎮(zhèn)種群(ZQ)、舟曲拱壩鄉(xiāng)種群(GB)和宕昌種群(TC)的核苷酸錯(cuò)配分析均呈多峰分布,Tajima′s D和Fu′s FS檢驗(yàn)符合中性進(jìn)化的假設(shè)。迭部益哇鄉(xiāng)群體(DB)、迭部臘子鄉(xiāng)群體(LZ)和渭源群體(WY)的核苷酸錯(cuò)配分布曲線呈明顯的單峰型(圖3),但Tajima′s D和Fu′s FS檢驗(yàn)都不顯著(P>0.05),表明嘉陵裸裂尻魚(yú)群體在近期歷史上群體大小保持穩(wěn)定,未出現(xiàn)顯著的種群擴(kuò)張。在很多魚(yú)類中都發(fā)現(xiàn)了單倍型多樣性高而核苷酸多樣性低的現(xiàn)象[25,26],被認(rèn)為是小的有效群體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定后發(fā)生了擴(kuò)張,快速的種群擴(kuò)張有利于提高對(duì)新突變的保持能力而導(dǎo)致核苷酸多樣性低[27]。而嘉陵裸裂尻魚(yú)這種單倍型多樣性偏低和核苷酸多樣性低的狀況,推測(cè)在第四紀(jì)冰期期間由于種群受到“瓶頸效應(yīng)”打擊之后,未發(fā)生種群擴(kuò)張事件,導(dǎo)致遺傳多樣性偏低。這可能與其自身的性成熟年齡(5齡)晚,個(gè)體小(調(diào)查最大個(gè)體全長(zhǎng)18cm)導(dǎo)致的懷卵量低等生物學(xué)特性有關(guān)[1]。

魚(yú)類種群遺傳結(jié)構(gòu)和譜系系統(tǒng)地理格局的研究結(jié)果能夠?yàn)槲锓N保護(hù)策略及漁業(yè)管理措施的制定提供科學(xué)依據(jù)[28]。嘉陵裸裂尻魚(yú)遺傳多樣性總體較為豐富,但各個(gè)地理群體內(nèi)的多樣性比較貧乏。受自然環(huán)境變化和涉水工程的建設(shè)等因素的影響,可能導(dǎo)致嘉陵裸裂尻魚(yú)的遺傳多樣性繼續(xù)降低,對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力降低,從而進(jìn)一步威脅到嘉陵裸裂尻魚(yú)的生存。雖然目前已經(jīng)建立了一些保護(hù)措施,如建立的白龍江特有魚(yú)類國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、岷江宕昌段特有魚(yú)類國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)和白龍江舟曲段特有魚(yú)類省級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū),并在嘉陵江采取人工增殖放流措施。但這些措施對(duì)保護(hù)嘉陵裸裂尻魚(yú)可能并不完善。物種的保護(hù)必須考慮到自身的遺傳特性,否則保護(hù)將可能是不成功的[29]。本研究結(jié)果表明,嘉陵裸裂尻魚(yú)的核苷酸多樣性較低,提示對(duì)其遺傳多樣性的保護(hù)是非常迫切的。根據(jù)進(jìn)化上具關(guān)鍵意義的單元ESU(Evolutionarily Significant Unit)設(shè)置的原則[30],我們可以將嘉陵江水系的嘉陵裸裂尻魚(yú)種群當(dāng)作一個(gè)保護(hù)管理單元進(jìn)行保護(hù),嘉陵裸裂尻魚(yú)渭河種群屬高度分化的單倍型類群,且遺傳多樣性極低,需當(dāng)作一個(gè)保護(hù)管理單元進(jìn)行優(yōu)先保護(hù)。

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PopulationgeneticstructureofSchizopygopsiskialingensisinferredfrommitochondrialD-loopsequences

WANG Tai, DU Yanyan, YANG Zhuoyu, ZHANG Yanping*, LOU Zhongyu, JIAO Wenlong

GansuKeyLaboratoryofColdWaterFishesGermplasmResourcesandGeneticsBreeding,GansuFisheriesResearchInstitute,Lanzhou730030,China

Schizopygopsiskialingensisis an endemic fish of the Bailong River, which is a tributary of the Jialing River. The species′ population has been largely reduced in recent years as a result of overfishing, river pollution, and dam construction. To develop effective strategies forpreserving the species′germplasm, it is first necessary to understand the species′ genetic variation and population structure. Therefore, in the present study, a 706-bp segment of the mitochondrial control region was sequenced from 147S.kialingensisspecimens that were collected from six populations in the Bailong and Weihe Rivers. Seventeen variable sites and 14 haplotypes were identified. The six populations exhibited high haplotype diversity (0.810) and low nucleotide diversity (0.00698), and the genetic diversity of the Zhouqu County Chengguan Township population was highest, whereas that of the Weiyuan County Qiaoyu Township population was the lowest. AMOVA indicated that significant difference among populations, with 44.29% molecular variation among the populations and 55.71% molecular variation within populations. Pairwise fixation index (Fst) values indicated that all the populations were significantly different, except the Tanchang County Nanhe Township and Zhouqu County Chengguan Township populations. Meanwhile, gene flow estimates suggested high levels of gene flow, and the Mantel test indicated that the genetic and geographic distances were significantly correlated. In addition, the construction of a neighbor-joining phylogenetic tree and a minimum spanning network indicated that the 14 haplotypes formed two main groups that corresponded to the Bailong River and Weihe River systems, and mismatch distribution and neutrality analyses indicated that the population has not under gone recent expansion. According to these findings, we suggest that theS.kialingensispopulation in the Bailong River should be protected and that the protection of the Weihe River population should be prioritized, owing to the group′s high genetic differentiation and very low genetic diversity.

Schizopygopsiskialingensis; Mitochondria D-loop; Population Genetic Structure; Genetic diversity

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460560);甘肅省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃(1207TTCA008)

2016- 09- 14;

2016- 12- 07

*通訊作者Corresponding author.E-mail: aqhongqi@qq.com

10.5846/stxb201609141862

王太,杜巖巖,楊濯羽,張艷萍,婁忠玉,焦文龍.基于線粒體控制區(qū)的嘉陵裸裂尻魚(yú)種群遺傳結(jié)構(gòu)分析.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(22):7741- 7749.

Wang T, Du Y Y, Yang Z Y, Zhang Y P, Lou Z Y, Jiao W L.Population genetic structure ofSchizopygopsiskialingensisinferred from mitochondrial D-loop sequences.Acta Ecologica Sinica,2017,37(22):7741- 7749.