鲟形目鱼类(简称:鲟类;Acipenseriformes)隶属于硬骨鱼纲(Osteichthyes)辐鳍亚纲(Actinopterygii),是软骨硬鳞下纲(Chondrostei)鱼类现生类群中唯一一目,在鱼类乃至脊椎动物演化史中有着十分重要的位置。鲟类现存种包含2科6属27个物种,全部分布于北半球,是目前公认的鱼类“活化石”。尽管在约2亿年前的侏罗纪时期就存在鲟类的化石,然而在形态上鲟类的变化却很小,加上其独特的底栖生活特性、咸淡水两栖生活史特征以及濒危或濒临灭绝的处境,使得鲟类成为系统学、生态学以及保护生物学研究的热点。尽管鲟类的系统发育研究中取得了一定的进展,但目前研究所采用的分子标记主要集中在少数几个线粒体基因,近年来,部分线粒体基因乃至全线粒体基因组在更多的鲟类中得以测定,这使得从线粒体分子标记的角度较完整的重建该类群的系统发育关系成为可能。然而,由于线粒体DNA具有母系遗传且进化速率快等特点,使得核基因分子标记成为解决古老类群系统发育关系研究的首选,特别是核蛋白编码基因(NPC)因其外显子区域较高的保守性,使其成为研究诸多古老类群系统发育关系的首选分子标记。另外,由于鲟类普遍存在基因组加倍现象,因此其多数物种都是多倍体,这使得其单拷贝核基因分子标记开发极其困难。但随着测序技术及分析方法的发展,特别是基于转录组和参考基因组与多基因组序列比对开发核基因分子标记方法的发展,为鲟类核基因分子标记的开发提供新了新思路。为了更加系统和全面的解析鲟类的系统发育关系,本研究利用现有线粒体基因组数据以及自主开发的核基因分子标记重建了鲟类系统发育关系并估算了其分化时间,主要内容和结果如下:(1)基于线粒体基因组数据的鲟类系统发育重建及分化时间估算目前,鲟类系统发育研究主要以线粒体基因为主。这是因为较单个或多个线粒体基因,获取线粒体基因组相对困难,但随着长片段测序技术的进步及该类群通用引物的开发,使鲟类线粒体基因组全序列测定更加容易。线粒体基因组能提供更多系统发育信息,较单个或者多个基因而言,是研究系统发育更好的选择。目前数据库中已有21种鲟类的线粒体基因组数据,包含2科5属。为了更全面的解析鲟类系统发育关系,本研究还选择26种(2科6属)鲟类均有的线粒体cytb和ND5基因进行联合分析。线粒体基因组与cytb和ND5均采用最大似然法(ML)和贝叶斯推断法(BI)构建系统发育树,结果显示两个数据集获得的系统发育关系高度一致:(i)鲟科物种可分为三大支系(Clade 1,Clade 2,Clade 3);(ii)铲鲟属位于大西洋支系的基部位置;(iii)鲟属和鳇属不是单系群,鳇属物种分别嵌入鲟属的不同支系;(iv)大西洋鲟和欧洲鲟构成姐妹群关系,且位于鲟科基部位置。两个基因联合数据分析结果表明拟铲鲟属物种与闪光鲟形成姐妹群,这与之前基于线粒体数据的研究结果一致。基于两个基因联合数据的分化时间结果表明,拟铲鲟属和闪光鲟的分化时间为24.1百万年前;铲鲟属出现的时间为99.7百万年前,要远远小于之前的研究结果。为了更加准确的计算分化时间,本研究认为应增加化石记录和数据量。(2)基于核基因分子标记的鲟类系统发育重建及分化时间估算对于古老类群的系统发育研究,核基因有着更好的解析能力,但鲟类核基因分子标记十分缺乏亟待开发。本研究利用目前已公布的四种鲟类转录组数据,以斑点雀鳝基因组为参考基因组,采用生物信息学方法从1850个候选基因中筛选193个单拷贝核基因(至少有一个外显子长度大于700 bp),从中挑出全部只具有单个外显子和一部分具有多个外显子的基因共43个进行引物设计。本研究在16种鲟类中成功开发出30个NPC分子标记,长度范围在467-993 bp之间,平均长度为698 bp,其中27个NPC分子标记扩增成功率为100%,2个NPC分子标记扩增成功率为93.75%,1个NPC分子标记扩增成功率为87.5%。这些分子标记组成的联合数据集共20946 bp,是目前为止,针对鲟类系统发育研究使用的较大的核蛋白编码基因数据集。采用PartitionFinder 2进行最佳模型及分区计算,运用最大似然法(ML)和贝叶斯推断法(BI)构建基因树,使用ASTRAL软件构建物种树。结果显示没有一个基因能够重建联合数据的所有节点,单个基因的重建能力较差。基因树的拓扑结构基本一致,且绝大多数节点的自展值(Bootstrap;BP)和后验概率(Posterior probability;PP)均有较高支持率(BP≥75%,PP≥0.95),物种树的拓扑结构与基因树高度相似,均支持(i)将鲟科物种分为三大支系(Clade 1,Clade2,Clade 3);(ii)鳇属不是单系群;(iii)阿姆河拟铲鲟位于大西洋支系的基部。基于核基因联合数据的分化时间结果显示核基因数据集在置信区间上更窄,更为精确;阿姆河拟铲鲟的分化时间约为103.3百万年前,是一个比较古老的物种,但由于物种不全,实际分化时间要比该分化时间可能稍年轻些。NPC分子标记的成功开发与应用不仅为缺乏基因组数据的类群提供了分子标记开发的策略,也为鲟类系统发育研究提供了一种新的视角和思路。