連城扁圓吻鲴池塘群體遺傳多樣性分析

文/林炳明 李吉明 張小東 張智

本研究基于DNA條形碼技術，對連城扁圓吻鲴池塘群體的序列變異、遺傳多樣性和種群歷史動態(tài)進行分析。結(jié)果表明，連城扁圓吻鲴池塘群體的遺傳多樣性低于已報道的鲴亞科其他魚類，應通過增加親本數(shù)量、增加不同品系的親本來源進行人工繁殖等措施，保證連城扁圓吻鲴池塘群體基因庫的穩(wěn)定，提高遺傳多樣性，維持種質(zhì)資源活力。

扁圓吻鲴（Distoechodon compressus），隸屬于鯉科，鲴亞科，圓吻鲴屬，是一種主要分布于我國福建、江西、臺灣的小型淡水經(jīng)濟魚類。扁圓吻鲴能夠顯著控制水體藻類暴發(fā)，在改善內(nèi)河水質(zhì)，特別是在美化鄉(xiāng)村河流環(huán)境上發(fā)揮了重要作用，具有重要的生態(tài)意義。隨著人工繁育技術的攻克，扁圓吻鲴在福建省龍巖市已成為主要增殖對象，體現(xiàn)了較高的生態(tài)效益和社會效益。

DNA條形碼（DNA barcode）作為一種重要的分子生物學技術，不僅使傳統(tǒng)分類學研究得到了進一步發(fā)展，而且加速了生物資源的保藏、鑒定和遺傳多樣性評估工作，推動了生物資源的有效利用。目前，DNA條形碼技術廣泛應用于經(jīng)濟水產(chǎn)品貿(mào)易領域和生物多樣性資源評估等方面。

隨著扁圓吻鲴增殖技術的發(fā)展，其遺傳多樣性和種群結(jié)構(gòu)，特別是種群遺傳學特征需得到關注，以避免出現(xiàn)近交衰退等情況，而目前尚無扁圓吻鲴遺傳多樣性的相關研究報道。本研究基于DNA條形碼技術對扁圓吻鲴連城池塘群體的遺傳多樣性進行評估，以期更全面了解扁圓吻鲴種質(zhì)資源，同時為將來DNA條形碼技術在漁業(yè)資源調(diào)查、漁業(yè)監(jiān)管和生物多樣性保護等方面的應用提供科學依據(jù)。

一、材料與方法

（一）研究材料

扁圓吻鲴樣本采自福建省連城縣吉明魚苗養(yǎng)殖有限公司，樣本量為30尾。采集的扁圓吻鲴樣本根據(jù)《福建魚類志》進行物種鑒定后，取背部肌肉保存于95%濃度的酒精溶液中，備用。

（二）室內(nèi)實驗

剪取15mg肌肉組織，通過高鹽法提取扁圓吻鲴基因組總DNA，利用超微量紫外可見光分光光度計，檢測所提取的DNA濃度和純度。采用魚類DNA條形碼通用引物（線粒體COⅠ基因；引物序列：正向5'-TCAACCA ACCACAAAGACATTGGCAC-3'；反向5'-TAGACTTCTGGGTGGCCA AAGAATCA-3'）。PCR反應總體積為30μL，包括10×PCR buffer3μL、dNTP 1.5μL、上下游引物各1μL、基因組DNA模板1μL、Taq酶0.25μL、dd H2O 22.25μL；PCR程序設定為：94℃預變性4min；94℃變性30s，54℃退火45s，72℃延伸1min，以上反應35次循環(huán)；最后72℃延伸10min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.2%濃度瓊脂糖凝膠電泳檢測后，送上海生工生物工程有限公司進行測序。

（三）數(shù)據(jù)分析

通過ClustalX和Seaview軟件進行比對、校正并保存為不同格式的文件。序列變異、堿基組成等信息通過MegaX軟件進行分析，計算整體堿基轉(zhuǎn)換顛換比（transition/transversion）。利用DnaSP軟件計算扁圓吻鲴池塘群體的單倍型多樣性（Haplotypediversity，Hd）和核苷酸多樣性（Nucleotidediversity，Pi），并分析單倍型組成情況。利用Arlequin軟件對全部個體進行Tajima's D和Fu's Fs中性檢驗，同時，結(jié)合DnaSP軟件進行的核苷酸錯配分析，判斷群體歷史動態(tài)是否經(jīng)歷了群體擴張或瓶頸效應。

二、結(jié)果與討論

（一）序列變異情況

扁圓吻鲴標本

本研究共獲得連城扁圓吻鲴池塘群體29條線粒體COⅠ基因序列，長度為651bp。共檢測到13個變異位點，占總堿基數(shù)的2.0%，其中，單突變位點12個、多態(tài)信息位點1個。變異位點數(shù)量遠低于其他鯉科魚類，表明扁圓吻鲴多樣性程度較低，種質(zhì)資源較單一。所有個體的平均堿基組成分別為：A（25.48%）、T（29.03%）、G（18.45%）、C（27.04%）。A+T的含量顯著高于C+G的含量，堿基組成存在強烈的偏倚現(xiàn)象。堿基轉(zhuǎn)換顛換比高達219.997，這一結(jié)果遠高于其他鯉科魚類的研究結(jié)果，表明該序列進化更為保守。

（二）單倍型分布情況

在獲得的29條線粒體COⅠ基因序列中，僅檢測到3個單倍型，其中，2個單倍型為共享單倍型，Hap-1包含25個個體，Hap-2包含3個個體，Hap-3僅有1個個體。

（三）遺傳多樣性情況

經(jīng)計算，連城扁圓吻鲴池塘群體的單倍型多樣性為0.254，核苷酸多樣性為0.00157。與已報道的鲴亞科魚類遺傳多樣性相比（表1），結(jié)果顯示，連城扁圓吻鲴池塘群體的單倍型多樣性僅高于細鱗鲴千島湖（富文）（臨歧）兩群體，核苷酸多樣性僅高于銀鲴錢塘江群體，遺傳多樣性水平偏低。

表1 已報道的基于COI基因的鲴亞科魚類遺傳多樣性比較

（四）群體歷史動態(tài)

種群歷史動態(tài)分析是通過保守序列的核苷酸變異情況，推斷該種群的進化速率及其進化歷史事件。目前，主要以Tajima's D和Fu's Fs兩種常用指標，進行種群歷史上是否存在擴張的判定。當檢測到二者呈顯著負值，則表明該種群在歷史上存在擴張跡象，而兩個值趨于0時則說明種群歷史保持穩(wěn)定。本研究基于Arlequin軟件中性檢驗結(jié)果顯示：Tajima's D值為-2.30148（p＜0.01），呈顯著負值，但Fu's Fs值為1.63749（p=0.829），未呈顯著負值。相對而言，F(xiàn)u's Fs檢驗對種群擴張更加敏感。因此，連城扁圓吻鲴池塘群體的規(guī)模保持相對穩(wěn)定，未出現(xiàn)擴張跡象。錯配分析也支持這一觀點。

此外，有學者以0.5和0.5%作為判斷遺傳多樣性Hd和Pi大小的閾值，并基于此提出種群進化歷史模型。本研究遺傳多樣性結(jié)果顯示，連城扁圓吻鲴池塘群體的Hd和Pi小于0.5或0.5%，提示該群體可能近期經(jīng)歷了瓶頸效應（bottleneck effect）或奠基者效應（founder effect）。盡管本研究對象為池塘群體，但無論基于線粒體COⅠ基因的遺傳多樣性分析，還是基于中性檢驗或種群進化歷史模型分析，都顯示扁圓吻鲴池塘種群遺傳多樣性水平較低，需引起重視。

三、結(jié)論

生物的遺傳多樣性水平是生物適應環(huán)境和長期進化的產(chǎn)物，能夠直觀地顯示生物資源現(xiàn)狀及其開發(fā)利用情況，是評估生物資源現(xiàn)狀的一個重要參數(shù)。遺傳多樣性越高，即遺傳變異越豐富，生物的進化潛力就越大，生物對環(huán)境的適應能力就越強，其生存競爭力就越強。

本研究通過DNA條形碼技術，對連城扁圓吻鲴池塘群體的序列變異、遺傳多樣性和種群歷史動態(tài)進行了分析，同時與已報道的鲴亞科魚類進行比較，發(fā)現(xiàn)連城扁圓吻鲴池塘群體的遺傳多樣性水平明顯偏低。而人工選育過程容易發(fā)生奠基者效應、遺傳漂變、瓶頸效應或近交衰退等現(xiàn)象，威脅著種質(zhì)資源的可持續(xù)利用。因此，在未來的資源利用和繁育等實際生產(chǎn)中，應加強對連城扁圓吻鲴池塘群體遺傳多樣性的保護，采取有效措施，如增加親本數(shù)量、增加不同親本來源或選擇遺傳多樣性較高的親本等方式，對連城扁圓吻鲴池塘群體進行良種選育，盡量加大有效繁殖群體的數(shù)量，降低近交衰退幾率。建議采取家系選育技術，篩選與表型相關的分子標記，進行多性狀復合育種，提高選育效率，以保證封閉群體基因庫穩(wěn)定，保證扁圓吻鲴種質(zhì)資源健康、穩(wěn)定。