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基于线粒体Cytb基因序列的西江流域广西境内卷口鱼遗传多样性分析

彭敏 韩耀全 王大鹏 施军 吴伟军 李育森 雷建军 何安尤

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基于线粒体Cytb基因序列的西江流域广西境内卷口鱼遗传多样性分析

    作者简介: 彭 敏 (1972—),女,硕士,高级工程师,从事鱼类分子遗传育种研究。E-mail: 837969487@qq.com;
    通讯作者: 何安尤, 919384987@qq.com
  • 中图分类号: S 963.7

Genetic diversity analysis of Ptychidio jordani in Xijiang River flowing through Guangxi Province based on mitochondrial Cytb gene sequence

    Corresponding author: Anyou HE, 919384987@qq.com
  • CLC number: S 963.7

  • 摘要: 为了解西江流域广西境内卷口鱼 (Ptychidio jordani) 种群遗传结构及分化程度,采用线粒体Cytb基因序列对西江流域广西境内6个江段的139尾野生卷口鱼的遗传多样性进行了分析。结果显示,线粒体Cytb基因长度为1 053 bp,碱基T、C、A、G的平均含量分别为29.1%、27.7%、29.3%、13.9%,其中A+T (58.4%) 高于C+G (41.6%)。共定义20个单倍型,并聚为两个分支,未观察到明显的地理聚群。6个卷口鱼群体的平均单倍型多样性和平均核苷酸多样性分别为0.7682、0.0023,其中红水河群体 (单倍型多样性h=0.748 7, 核苷酸多样性π=0.003 3) 遗传多样性最高,柳江群体 (h=0.274 4, π=0.000 4) 和左江群体 (h=0.3747, π=0.000 3) 的遗传多样性相对较低。卷口鱼总体的遗传分化指数 (FST) 为0.461 4 (P<0.01),表现出较大的遗传分化。两两群体间遗传分化结果显示,左江和柳江种群之间的遗传分化程度最大,而柳江和西江之间最小。AMOVA分析表明西江流域的卷口鱼群体遗传变异一半来自群体内 (53.86%),一半来自群体间 (46.14%)。中性检验 (Tajima's D=−1.082 8, P>0.05;Fu's Fs=−6.572 5, 0.01<P<0.05) 与碱基错配分布分析表明西江流域卷口鱼种群大约在0.07~0.187 Ma经历了种群扩张。综上,西江流域广西境内的卷口鱼柳江群体和左江群体遗传多样性较低,总群体分化程度较大,但仍属于一个种群,其中空间距离与地理阻隔对卷口鱼的遗传分化具有一定的促进作用。
  • 图 1  卷口鱼单倍型网络结构图

    Figure 1.  Haplotype network structure of P. jordani

    图 2  卷口鱼NJ单倍型系统树

    Figure 2.  Haplotype system tree of P. jordani

    图 3  卷口鱼核苷酸错配分布图

    Figure 3.  Nucleotide mismatch profile of P. jordani

    表 1  卷口鱼线粒体Cytb基因遗传多样性指数

    Table 1.  Genetic diversity parameters of mtDNA Cytb gene in six P. jordani populations

    群体
    Population
    样品数
    Number of samples
    变异位点
    Variable
    site
    单倍型数目
    Number of
    haplotype
    单倍型多样性
    Haplotype
    diversity (h)
    平均核苷酸差异
    Mean of nucleotide difference (K)
    核苷酸多样性
    Nucleotide diversity (π)
    红水河 HSH 28 11 9 0.748 7 3.431 2 0.003 3
    柳江 LIUJ 41 6 7 0.274 4 0.382 9 0.000 4
    西江 XIJ 10 4 4 0.533 3 0.800 0 0.000 8
    右江 YOUJ 15 11 6 0.704 8 3.219 1 0.003 1
    郁江 YUJ 31 6 7 0.701 1 1.006 5 0.001 0
    左江 ZJ 14 2 3 0.274 7 0.285 7 0.000 3
    总计 Total 139 22 20 0.768 2 2.461 9 0.002 3
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    表 2  卷口鱼遗传距离与遗传分化系数 (FST)

    Table 2.  Genetic distance and genetic differentiation coefficient (FST) in P. jordani

    群体
    Population
    红水河
    HSH
    柳江
    LIUJ
    西江
    XIJ
    右江
    YOUJ
    郁江
    YUJ
    左江
    ZJ
    红水河 HSH 0.003 3 0.560 6** 0.396 1** 0.283 8* 0.580 3** 0.540 5**
    柳江 LIUJ 0.003 8 0.000 4 0.000 5 0.375 2** 0.562 5** 0.667 0**
    西江 XIJ 0.003 8 0.000 6 0.000 8 0.166 8* 0.422 9** 0.572 7**
    右江 YOUJ 0.004 5 0.002 3 0.002 4 0.003 1 0.131 7* 0.092 1
    郁江 YUJ 0.005 0 0.001 5 0.001 5 0.002 2 0.001 0 0.147 7**
    左江 ZJ 0.004 5 0.001 0 0.001 1 0.001 9 0.000 8 0.000 3
    注:对角线为群体内遗传距离;对角线左下方表示群体间遗传距离;对角线右上方表示FST;*. P<0.05,差异显著;**. P<0.01,差异极显著;后表同此 Note: The diagonal is the genetic distance within the population; and below the diagonal is the genetic distance between the populations; above the diagonal is the genetic differentiation coefficient (FST). *. P<0.05, difference is significant; **. P<0.01, difference is extremely significant. The same case in the following tables.
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    表 3  群体间变异来源分析

    Table 3.  Analysis of variation sources among populations

    变异来源
    Variation source
    自由度
    df
    平方和
    SS
    方差组分
    Variance component
    变异百分率
    Percentage of variation/%
    统计量
    Statistical magnitude (F)
    基因流
    Gene flow (Nm)
    6个江段
    Six populations
    群体间 5 72.803 0.625 2 Va 46.14 0.461 4** 0.583 6
    群体内 133 97.067 0.729 8 Vb 53.86
    总体 138 169.871 1.355 1
    两个分支
    Two pedigree
    群体间 1 101.613 3.082 2 Va 86.08 0.860 9** 0.080 8
    群体内 137 68.257 0.498 2 Vb 13.92
    总体 138 169.871 3.580 5
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    表 4  卷口鱼Cytb基因Tajima's D和Fu's Fs检验

    Table 4.  Tajima's D and Fu's Fs test of P. jordani Cytb gene

    群体
    Population
    Tajima's DFu's FsHriSSDTau扩张时间
    Expansion of time/Ma
    红水河 HSH 0.698 8 −0.376 2 0.107 0 0.073 9 7.515 6
    柳江 LIUJ −1.929 4** −6.220 1** 0.319 0 0.002 3 3.000 0 0.187 4
    西江 XIJ −1.667 1* −1.344 6* 0.061 7 0.000 8 1.158 2 0.072 4
    右江 YOUJ −0.186 8 0.452 7 0.091 0 0.060 9 9.308 6
    郁江 YUJ −0.933 8 −2.663 0* 0.105 9 0.008 4 1.123 1 0.070 2
    左江 ZJ −1.480 7 −1.475 3* 0.277 0 0.005 9 3.000 0 0.187 4
    总计 Total −1.082 8 −6.572 5* 0.054 2 0.026 2** 1.308 6 0.081 8
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-11
  • 录用日期:  2020-05-09
  • 网络出版日期:  2020-08-20

基于线粒体Cytb基因序列的西江流域广西境内卷口鱼遗传多样性分析

    作者简介:彭 敏 (1972—),女,硕士,高级工程师,从事鱼类分子遗传育种研究。E-mail: 837969487@qq.com
    通讯作者: 何安尤, 919384987@qq.com
  • 1. 广西水产科学研究院/广西水产遗传育种与健康养殖重点实验室,广西 南宁 530021
  • 2. 华南农业大学海洋学院,广东 广州 510642

摘要: 为了解西江流域广西境内卷口鱼 (Ptychidio jordani) 种群遗传结构及分化程度,采用线粒体Cytb基因序列对西江流域广西境内6个江段的139尾野生卷口鱼的遗传多样性进行了分析。结果显示,线粒体Cytb基因长度为1 053 bp,碱基T、C、A、G的平均含量分别为29.1%、27.7%、29.3%、13.9%,其中A+T (58.4%) 高于C+G (41.6%)。共定义20个单倍型,并聚为两个分支,未观察到明显的地理聚群。6个卷口鱼群体的平均单倍型多样性和平均核苷酸多样性分别为0.7682、0.0023,其中红水河群体 (单倍型多样性h=0.748 7, 核苷酸多样性π=0.003 3) 遗传多样性最高,柳江群体 (h=0.274 4, π=0.000 4) 和左江群体 (h=0.3747, π=0.000 3) 的遗传多样性相对较低。卷口鱼总体的遗传分化指数 (FST) 为0.461 4 (P<0.01),表现出较大的遗传分化。两两群体间遗传分化结果显示,左江和柳江种群之间的遗传分化程度最大,而柳江和西江之间最小。AMOVA分析表明西江流域的卷口鱼群体遗传变异一半来自群体内 (53.86%),一半来自群体间 (46.14%)。中性检验 (Tajima's D=−1.082 8, P>0.05;Fu's Fs=−6.572 5, 0.01<P<0.05) 与碱基错配分布分析表明西江流域卷口鱼种群大约在0.07~0.187 Ma经历了种群扩张。综上,西江流域广西境内的卷口鱼柳江群体和左江群体遗传多样性较低,总群体分化程度较大,但仍属于一个种群,其中空间距离与地理阻隔对卷口鱼的遗传分化具有一定的促进作用。

English Abstract

  • 卷口鱼 (Ptychidio jordani) 隶属鲤形目、鲤科、野鲮亚科、卷口鱼属,是珠江名贵食用鱼类之一,因受江河污染和过度捕捞的双重影响,卷口鱼自然资源急剧衰退,亟待保护。遗传多样性通常是物种长期进化的结果,是物种或其群体持续生存并适应环境而不断进化的前提。一般认为,物种的遗传多样性或变异性越高,说明物种的进化潜力越大,对环境的适应能力越强[1-2]。遗传多样性的高低决定了该生物能否继续在生物圈繁衍和生活,多样性下降将会对种群产生负面影响[3-5]。目前,关于卷口鱼遗传多样性和遗传变异的报道相对较少,杜合军等[6]利用RAPD分子标记技术对珠江水系西江段3个卷口鱼地理群体的遗传多样性进行了分析;Zhu等[7]运用微卫星技术开展了卷口鱼的遗传分化研究;此外,范凤娟等[8]通过线粒体Cytb基因序列探讨了珠江水系卷口鱼的遗传变异及历史动态。

    近年来,江河污染和过度捕捞等对卷口鱼资源造成了影响,但目前其资源状况尚不够清晰。鱼类线粒体具有结构简单、遵循母系遗传、不发生重组及进化速度快等特点,是鱼类进化遗传学、分子生态学、遗传多样性等研究的重要标记[9]。在线粒体DNA(mtDNA) 的13个蛋白质编码基因中,线粒体细胞色素B (Cyt b) 基因的结构与功能被了解得较为透彻,因其进化速度适中[10],常被用于鱼类种群结构与遗传多样性的研究。本研究对西江流域广西境内6个江段的卷口鱼群体进行 mtDNA Cytb序列测定,为进一步了解该自然种群的遗传多样性、遗传结构、遗传分化程度及历史动态,及今后其种质的资源管理、保护和开发利用提供基础数据和科学依据。

    • 卷口鱼样本采自西江流域广西境内的6个江段,分别为红水河 (HSH)、柳江 (LIUJ)、西江 (XIJ)、右江 (YOUJ)、左江 (ZJ)、郁江 (YUJ),采样时间为2014年6月—2016年12月,共139尾。每尾取约5 g肌肉样本置于含95%乙醇的15 mL离心管中,−20 ℃保存备用。

    • 取50 mg保存肌肉,采用醋酸铵方法提取卷口鱼的总DNA[11],用微量核酸蛋白分析仪测量DNA浓度和纯度,在1%的琼脂糖凝胶电泳下检测DNA质量,经检测合格的DNA模板于−20 ℃备用。采用由上海生工生物工程技术服务有限公司合成的Cytb通用引物扩增卷口鱼的Cytb基因,其序列为L14724 (5'-GACTTGAAAAACCACCGTTG-3') 和H15915 (5'-CTCCGATCTCCGGATTACAAGAC-3')。

      PCR反应体系为50.0 μL,包括2×Ex Taq Bufffer 25 μL,10 μmol·L−1的上、下游引物各2 μL,100 ng·μL−1 DNA模板2.0 μL,用ddH2O补至50.0 μL。PCR程序为94 ℃预变性3 min;94 ℃变性45 s,56.5 ℃退火45 s,72 ℃延伸90 s,共35次循环。

      PCR扩增产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳检测,并将合格的PCR样品送深圳华大基因公司进行双向测序。

    • 序列采用ClustalW校对后,由SeqMan程序拼接并去除两端不稳定部分;采用MEGA 4.1软件分析序列碱基含量及变异位点,计算Kimura 2-parameter遗传距离,并以大眼卷口鱼 (P. macrops) 为外类群,构建单倍型的NJ系统树[12]。单倍型及遗传多样性参数的计算用DnsSP 5.10软件[13]统计。采用Arlequin软件[14]进行分子方差分析,评估种群的遗传分化,并进行Tajima's D和Fu's Fs中性检验以及核苷酸错配分布,单倍型网络结构图用network 4.0软件[15]构建。

      参考已校正的鲤科鱼类Cytb基因0.76%的进化速率(u)[16],世代时长(t)为2[17-18],根据公式τ=2ut计算西江水系卷口鱼群体的大约扩张时间。

    • 139尾卷口鱼样品Cytb基因修饰后序列均为1 053 bp,碱基T、C、A、G的平均含量分别为29.1%、27.7%、29.3%、13.9%,其中A+T (58.4%) 高于C+G (41.6%),表现出较强的少G偏倚性。在该编码序列使用的密码子中,T、C、A、G在第1、2、3位点的平均含量差异很大,其中G的平均含量变化最大,在第1、2、3位点平均水平分别为25.1%、12.8%、3.9%,密码子的碱基使用频率存在明显的偏向性。

      卷口鱼Cytb基因序列共编码351个氨基酸,包含20种氨基酸,其中亮氨酸的平均含量最高,半胱氨酸最低。将卷口鱼种群Cytb核苷酸序列翻译成氨基酸序列,检测出6个氨基酸变异位点,其中有5个是由第1位密码子突变引起,1个由第2位密码子突变引起,其他的核苷酸突变未引起氨基酸变异,属同义突变。

    • 卷口鱼Cytb基因部分序列均未检测到插入或缺失位点,变异位点共22个,占总位点数的2.09%,其中有15个发生于第3位密码子,6个发生于第1位密码子,1个发生在第2位密码子上。22个变异位点中有21个转换,1个颠换,转颠换比R为21,简约信息位点共10个,单一变异位点12个。在不同江段群体中,红水河和右江群体发现变异位点最多均为11个,左江群体发现变异位点最少,仅2个。说明此基因序列突变未达到饱和状态,受进化噪音的影响可能性较小 (表1)。

      群体
      Population
      样品数
      Number of samples
      变异位点
      Variable
      site
      单倍型数目
      Number of
      haplotype
      单倍型多样性
      Haplotype
      diversity (h)
      平均核苷酸差异
      Mean of nucleotide difference (K)
      核苷酸多样性
      Nucleotide diversity (π)
      红水河 HSH 28 11 9 0.748 7 3.431 2 0.003 3
      柳江 LIUJ 41 6 7 0.274 4 0.382 9 0.000 4
      西江 XIJ 10 4 4 0.533 3 0.800 0 0.000 8
      右江 YOUJ 15 11 6 0.704 8 3.219 1 0.003 1
      郁江 YUJ 31 6 7 0.701 1 1.006 5 0.001 0
      左江 ZJ 14 2 3 0.274 7 0.285 7 0.000 3
      总计 Total 139 22 20 0.768 2 2.461 9 0.002 3

      表 1  卷口鱼线粒体Cytb基因遗传多样性指数

      Table 1.  Genetic diversity parameters of mtDNA Cytb gene in six P. jordani populations

      139个Cytb基因序列共定义20个单倍型 (Hap1~Hap20,GenBank登录号MN102000.1—MN102019.1),其中Hap3为优势单倍型,在所有群体中均有出现,占总个体数的39.57%;其次为Hap11,除了红水河和西江外,其余4个群体均有出现,占总个体数的22.30%。有13个单倍型为群体独享,占总个体数的9.35%。在调查的6个群体中,平均单倍型多样性为0.768 2,平均核苷酸多样性为0.002 3。红水河群体遗传多样性最高,拥有9个单倍型,单倍型多样性 (h) 为0.7487,核苷酸多样性 (π) 为0.003 3,平均核苷酸差异 (k) 为3.431 2;其次为右江群体,拥有6个单倍型,h为0.704 8,π为0.003 1,k为3.219 1;最差为左江群体,仅有3个单倍型,h为0.274 7,π为0.000 3,k为0.285 7 (表1)。

    • 群体间遗传距离分析表明,红水河与郁江群体间的遗传距离最远 (0.005 0),最近为西江与柳江群体 (0.000 6)。群体内遗传距离HSH>YOUJ>YUJ>XIJ>LIUJ>ZJ。6个地理群体间的遗传分化系数为0.000 5~0.667 0,除了左江与右江、柳江与西江群体间不存在显著的遗传分化外 (P>0.05),其余各江段群体间均存在显著 (P<0.05) 或极显著 (P<0.01) 的遗传分化。柳江与左江群体的遗传分化程度最大 (0.6670),与西江群体间的遗传分化程度最小 (0.000 5,表2)。6个江段群体的遗传变异系数FST=0.4614,基因流Nm=0.058 4。总遗传变异中,群体间变异占46.14%,显著小于群体内 (53.86%)。将139尾个体按分支分为2个群体,AMOVA 分析显示遗传变异系数FST=0.860 9,总遗传变异中,分支群体间变异占86.08%,显著大于各分支群体内变异 (P<0.01),变异绝大部分来自分支间,只有很小部分来自分支内。基因流Nm=0.080 8,表明两分支间基因交流很低 (表3)。

      群体
      Population
      红水河
      HSH
      柳江
      LIUJ
      西江
      XIJ
      右江
      YOUJ
      郁江
      YUJ
      左江
      ZJ
      红水河 HSH 0.003 3 0.560 6** 0.396 1** 0.283 8* 0.580 3** 0.540 5**
      柳江 LIUJ 0.003 8 0.000 4 0.000 5 0.375 2** 0.562 5** 0.667 0**
      西江 XIJ 0.003 8 0.000 6 0.000 8 0.166 8* 0.422 9** 0.572 7**
      右江 YOUJ 0.004 5 0.002 3 0.002 4 0.003 1 0.131 7* 0.092 1
      郁江 YUJ 0.005 0 0.001 5 0.001 5 0.002 2 0.001 0 0.147 7**
      左江 ZJ 0.004 5 0.001 0 0.001 1 0.001 9 0.000 8 0.000 3
      注:对角线为群体内遗传距离;对角线左下方表示群体间遗传距离;对角线右上方表示FST;*. P<0.05,差异显著;**. P<0.01,差异极显著;后表同此 Note: The diagonal is the genetic distance within the population; and below the diagonal is the genetic distance between the populations; above the diagonal is the genetic differentiation coefficient (FST). *. P<0.05, difference is significant; **. P<0.01, difference is extremely significant. The same case in the following tables.

      表 2  卷口鱼遗传距离与遗传分化系数 (FST)

      Table 2.  Genetic distance and genetic differentiation coefficient (FST) in P. jordani

      变异来源
      Variation source
      自由度
      df
      平方和
      SS
      方差组分
      Variance component
      变异百分率
      Percentage of variation/%
      统计量
      Statistical magnitude (F)
      基因流
      Gene flow (Nm)
      6个江段
      Six populations
      群体间 5 72.803 0.625 2 Va 46.14 0.461 4** 0.583 6
      群体内 133 97.067 0.729 8 Vb 53.86
      总体 138 169.871 1.355 1
      两个分支
      Two pedigree
      群体间 1 101.613 3.082 2 Va 86.08 0.860 9** 0.080 8
      群体内 137 68.257 0.498 2 Vb 13.92
      总体 138 169.871 3.580 5

      表 3  群体间变异来源分析

      Table 3.  Analysis of variation sources among populations

    • 单倍型网络结构 (图1) 和单倍型系统树 (图2) 表现出较高的一致性。20个单倍型主要分为两大支,分支Ⅱ以单倍型Hap1为中心,此分支中4个单倍型均经过一步突变连于Hap1,由红水河群体近一半个体和右江群体的少数个体构成;分支I又分为2个小分支,分别为以Hap3为中心的小分支Ⅰ-1和Hap11为中心的小分支Ⅰ-2,小分支Ⅰ-1包括红水河群体另一半个体、柳江大部分个体,西江大部分个体以及右江、郁江和左江群体个别个体;小分支Ⅰ-2包括柳江和西江群体个别个体、右江、郁江和左江群体大部分个体。分支I遗传距离为0.0024,分支Ⅱ遗传距离为0.0019,两分支间遗传距离为0.0075,分别是分支I和Ⅱ的3.19和3.96倍,未达到10倍。单倍型网络结构和单倍型的NJ系统树拓扑结构显示不同地理群体个体来源的单倍型混杂分布,未能观察到明显的地理聚群。

      图  1  卷口鱼单倍型网络结构图

      Figure 1.  Haplotype network structure of P. jordani

      图  2  卷口鱼NJ单倍型系统树

      Figure 2.  Haplotype system tree of P. jordani

    • Fu's Fs 检验支持卷口鱼群体经历过种群扩张 (Fu's Fs=−6.572 5,P=0.022 0),而Tajima's D检验则未检测到种群扩张 (Tajima's D=−1.082 8,P=0.113 0)。核苷酸错配分布图表明,除了红水河与右江群体外,其余江段群体可能都经历了种群扩张事件 (表4图3)。推算出西江流域广西境内各江段卷口鱼发生种群扩张时间为0.070~0.187 Ma。

      图  3  卷口鱼核苷酸错配分布图

      Figure 3.  Nucleotide mismatch profile of P. jordani

      群体
      Population
      Tajima's DFu's FsHriSSDTau扩张时间
      Expansion of time/Ma
      红水河 HSH 0.698 8 −0.376 2 0.107 0 0.073 9 7.515 6
      柳江 LIUJ −1.929 4** −6.220 1** 0.319 0 0.002 3 3.000 0 0.187 4
      西江 XIJ −1.667 1* −1.344 6* 0.061 7 0.000 8 1.158 2 0.072 4
      右江 YOUJ −0.186 8 0.452 7 0.091 0 0.060 9 9.308 6
      郁江 YUJ −0.933 8 −2.663 0* 0.105 9 0.008 4 1.123 1 0.070 2
      左江 ZJ −1.480 7 −1.475 3* 0.277 0 0.005 9 3.000 0 0.187 4
      总计 Total −1.082 8 −6.572 5* 0.054 2 0.026 2** 1.308 6 0.081 8

      表 4  卷口鱼Cytb基因Tajima's D和Fu's Fs检验

      Table 4.  Tajima's D and Fu's Fs test of P. jordani Cytb gene

    • 测序结果表明,卷口鱼Cytb基因的序列全长为1 053 bp,略长于范凤娟等[8]对珠江水系43尾卷口鱼所测的Cytb基因 (1 041 bp) 。其中4种碱基T、C、A、G的平均含量分别为29.1%、27.7%、29.3%、13.9%,A+T (58.4%) 高于C+G (41.6%),表现出较强的少G偏倚性。这与已报道的其他鱼类Cytb基因碱基比例类似,如黄河裸裂尻鱼 (Schizopygopsis pylzovi) G碱基含量为17.0%[19],滁州鲫 (Carassius auratus gibelio) G碱基含量为14.5%[20]。卷口鱼Cytb基因部分序列均未检测到插入或缺失位点,22个变异位点中有21个为转换,1个为颠换,转颠换比R为21。Wolstenhome和Clary[21]认为,转颠换的偏倚性可能与序列间的差异存在着一定的相关性,即转颠换的比率与物种从共同祖先进化的时间成反比,由此可以推断西江流域的卷口鱼有效种群是在近期由单一、少数的种群建立的。

    • 单倍型多样性和核苷酸多样性是评估物种遗传多样性的两个重要参数[22-23]。本研究中基于Cytb基因序列对西江流域广西境内6个地理群体的卷口鱼遗传多样性进行分析,结果得到的平均单倍型多样性为0.768 2,平均核苷酸多样性为0.002 3,表现出高单倍型多样性、低核苷酸多样性的特点 (表1)。与以Cytb 基因为分子标记的同一流域的其他鱼类相比,该结果高于青鱼 (Mylopharyngodon piceus) 群体 (h=0.583 33, π=0.001 59)[24]和草鱼 (Ctenopharyngodon idellus) 群体 (h=0.706,π=0.00104)[25],这可能是由于西江流域广西境内大部分河段水文条件适宜卷口鱼繁殖而不适宜青鱼、草鱼繁殖所造成。此外,其略低于上层杂食性鱼类赤眼鳟 (Spualiobarbus curriculus) 群体 (h=0.882,π=0.002 76)[26]和鲮 (Cirrhinus molitorella) 群体 (h=0.826,π=0.003 32)[27],远低于外来物种翘嘴鲌 (Culter alburnus) 群体 (h=0.873 57,π=0.009 0)[28]。赤眼鳟、鲮均为杂食性鱼类,并且其游泳速度较快、活动范围广,更有利于食物的获得及躲避敌害;而翘嘴鲌为外来物种,缺乏能有效限制其种群发展的天敌,并且江河鱼类小型化趋势日益严重,为其食物的摄入提供了更加有利的条件,这可能是其群体遗传多样性的保存较卷口鱼好的原因之一。鱼类的遗传多样性与其能否自然繁殖、食性广谱、生态位、物种进化地位等息息相关[29],通过与该流域其他鱼类Cytb研究结果的比较也验证了这一点。范凤娟等[8]对柳江 (柳州)、红水河 (合山) 的卷口鱼Cytb基因遗传多样性进行分析,得出柳江群体h=0.583 0, π=0.000 6;红水河群体h=0.396 0, π=0.000 4;高于本研究的柳江群体 (h=0.274 4, π=0.000 4) 而低于红水河群体 (h=0.748 7, π=0.003 3),柳江群体遗传多样性仍在下降,红水河群体遗传多样性有所回升。

    • 单倍型之间的遗传距离是衡量一个物种或群体的mtDNA变异程度的重要指标,是评价群体间遗传变异程度的可靠参数,遗传距离越大表明群体间亲缘关系越远[30]。本研究中6个卷口鱼群体间遗传距离为0.000 6~0.005 0,各群体内的遗传距离为0.000 3~0.003 3,遗传距离较小,且群体间遗传距离与群体内遗传距离无明显差异,说明西江流域的6个卷口鱼群体间有较近的亲缘关系 (表2)。单倍型NJ树和单倍型网络图显示,卷口鱼群体间存在明显的分支结构,分支Ⅱ以单倍型 Hap1为中心,由红水河群体近一半个体和右江群体的少数个体构成;其余个体构成以Hap3为中心的分支Ⅰ,未能观察到明显的地理聚群 (图1)。Hebert等[31] 提出种间遗传距离超过种内遗传距离10倍以上可能有种化趋势,本研究中两分支存在显著较高的遗传分化,但两分支间与两分支内的遗传距离及比值均远低于10,表明两分支未达到种或亚种分化,因此认为西江流域广西境内的卷口鱼仍属于1个种群。

      群体遗传学认为,FST是测量群体间遗传分化的重要参数,不同的FST代表不同程度的分化:FST<0.05,无遗传分化;0.05<FST<0.15,较小遗传分化;0.15<FST<0.25,中度遗传分化;FST>0.25,遗传分化较大[32-33]。本研究中6个卷口鱼地理群体间的遗传分化系数介于0.000 5~0.667 0之间,左江与柳江群体间的遗传分化程度最大,柳江与西江群体间的遗传分化程度最小 (表2)。两两江段群体间的遗传分化值显示,除了左江与右江群体、柳江与西江群体间不存在显著的遗传分化外 (P>0.05),其余各江段群体间均存在显著 (P<0.05) 或极显著 (P<0.01) 的遗传分化,特别是红水河群体与其他群体间均存在显著的遗传分化,这可能是卷口鱼的定居性与水坝阻隔群体间基因交流造成的。红水河自上而下分布着岩滩、大化、白龙滩、乐滩等多个梯级水电站,造成了一定的地理隔绝从而阻碍群体间的基因交流,也是导致其与其他群体遗传分化较大的最直接原因[34]。有学者调查发现,黄渤海细条天竺鲷 (Apogonichthys lineatus) 种群无显著的遗传分化 (FST介于0.015~0.067)[35],南海海域短尾大眼鲷 (Priacanthus macracanthus) 种群遗传分化程度较低 (FST=0.012)[36]。一般认为,近海鱼类由于洄游与洋流作用,几乎不存在地理阻隔,因此具有较小的遗传分化;而地理阻隔对鱼类的遗传分化具有一定的促进作用,如皖南山区由于地形复杂,水域生境零星分布,栖息于其中的温州光唇鱼 (Acrossocheilus wenchowensis) 种群由于存在地理阻隔,群体间具有极显著的遗传分化 (FST介于0.291 6~0.978 2)[37]。综上,空间距离与地理阻隔对鱼类的遗传分化具有一定的促进作用。

    • 应用Tajima's D与Fu's Fs中性检验推测种群历史时,如果Tajima's D与Fu's Fs均呈负值,且达到显著差异 (P<0.05),则说明序列中含有比中性进化模型更多的核苷酸位点变化,可能预示着被研究种群曾经历过一个扩张历史[38]。本研究中6个江段的卷口鱼群体整体Fu's Fs和Tajima's D均为负值,其中Fu's Fs检验显著偏离中性 (P<0.05),而Tajima's D为不显著 (P>0.05),但在相同条件下,Fu's Fs检验对种群扩张事件更为敏感,并且其核苷酸错配分布图呈现为一条不完整平滑曲线,且只有一个明显单峰,说明卷口鱼总种群经历过种群扩张事件 (表4图3)。就各江段而言,除红水河与右江群体外,其余江段的Fu's Fs为显著负值 (P<0.05),且核苷酸错配分布图为单峰,以上结果都预示着后者经历了种群扩张事件,扩张时间大约在0.070~0.187 Ma,该时期处于更新世中晚期。有调查显示,我国华南地区在中更新世期间 (0.786~0.126 Ma) 经历了多次冰期,当时气候变冷、海平面下降、食物紧缺,不利于生物的生存繁衍[39]。冰期褪去后的间冰期,即后更新世期间 (0.126~0.018 Ma),气候回暖,营养物质丰富,大大促进了物种的种群扩张[40]。因此,更新世冰期与间冰期循环导致的气候波动可能是影响西江流域卷口鱼种群动态历史的原因之一。

      综上所述,基于线粒体Cytb基因序列对西江流域广西境内的卷口鱼遗传多样性分析发现,总群体的分化程度较大,但仍属于一个种群,柳江和左江群体遗传多样性较低。与历史资料相比,柳江群体遗传多样性仍在下降,红水河群体遗传多样性有所回升。其中空间距离与地理阻隔对卷口鱼的遗传分化具有一定的促进作用。

参考文献 (40)

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