鱥属(Phoxinus)鱼类是鲤科(Cyprinidae)鱼类中在全球分布最广的一种小型冷水性鱼类。其大跨度的纬度分布造就了属内的种间多样性,而由于起源的一致性,不同地理分布的亚种,以及同域分布的情况,部分种间仍保留着较高的相似性。在过去部分报道中,存在物种分类和命名的混淆。另外,关于鱥属鱼类年龄和生长、系统发育关系、群体遗传学以及种间适应性进化等系统性的研究鲜有报道。然而,鱥属鱼类因其多温度带的趋异分布,加之种间表型特征和生理性状的差异,可以作为研究物种基于温度的适应性进化的良好材料。本研究采集了分布于我国长江及其以北主要水系的8种鱥属鱼类的生物学样本,结合形态学指标的比较分析,借助分子标记和生物信息学分析,探讨鱥属种间在形态上的亲缘关系和差异,探究种间的系统发育关系,种内群体间的遗传多样及其与环境因子的关系,以及进化上受选择的分子机制。本研究的主要结果如下:(1)鱥属鱼类的形态特征比较、种间判别分类和形态上的亲缘关系聚类基于侧线鳞数(或纵列鳞数)、第一鳃弓外鳃耙数和脊椎骨数3个可数性状,以及体长/体高、头长/头高和尾柄长/尾柄高等14个比例性状的比较分析表明,尾柄长/尾柄高和体长/体高在鱥属8种鱼类的种间差异较为明显;形态学指标的主成分分析表明,第一和第二主成分的方差贡献率累计达到91.4%,第一主成分中反映尾部形态的体长/尾柄高、头长/尾柄高和尾柄长/尾柄高这3个比例性状的载荷值较高,第二主成分中侧线鳞数的载荷值最高;判别分析显示,剔除体长/头长、体长/尾柄长和头长/吻长3个比例性状后,14个指标对鱥属8种鱼类的综合判别正确率高达98.1%,构建的各种类的Fisher线性判别式函数能较好地进行种间的判别分类;形态学聚类分析表明,真鱥(P.phoxinus)和阿勒泰鱥(P.phoxinus ujmonensis),短尾鱥(P.brachyurus)和吐鲁番鱥(P.grumi),拉氏鱥(P.lagowskii)和尖头鱥(P.oxycephalus)这3组形态较相似的成对种分别构成3个聚类枝,湖鱥(P.percnurus)可能由于第一鳃弓外鳃耙数、体长/体高和尾鳍分叉深浅要明显区别于其他7种鱥而在形态聚类树中最后才与其他7种鱥构成的一大枝聚类。(2)阿勒泰鱥、拉氏鱥和尖头鱥优势体长和年龄组成,以及生长特性的比较选取鱥属鱼类中资源量相对丰富的阿勒泰鱥、拉氏鱥和尖头鱥进行年龄生长的比较分析,结果显示,阿勒泰鱥和拉氏鱥样本的优势体长组均为41～50 mm,尖头鱥样本的优势体长组为51～60 mm,样本的体长平均值分别为41.16±12.72 mm,55.54±14.51 mm和62.99±18.28 mm;3种鱥的优势年龄组分别为2龄、1龄和1龄,3种鱥样本中低龄和小型个体的占比均较高;体长和体重的关系式表明,阿勒泰鱥的体长生长速度大于体重生长速度,拉氏鱥的体长生长速度小于体重生长速度,而尖头鱥的体长和体重生长是等速的;3种鱥的渐进体长(L_∞)和表观生长指数(?)均表现为阿勒泰鱥(L_∞=143.70 mm,?=3.47)<尖头鱥(L_∞=175.95 mm,?=3.63)<拉氏鱥(L_∞=218.73 mm,?=3.68),其中,尖头鱥和拉氏鱥的表观生长指数较接近。(3)鱥属鱼类种间系统进化关系及其进化速率基于线粒体基因串联序列和直系同源基因串联序列构建的鱥属鱼类系统发育树显示,(真鱥+阿勒泰鱥)、(短尾鱥+吐鲁番鱥)和(拉氏鱥+尖头鱥)这3组成对种均能在各树中形成稳定的聚类簇,与形态学指标聚类的结果较一致;但由于建树的基因种类和数量的不同,3棵系统发育树在部分种的聚类关系上存在差异,较为明显的是,湖鱥在基于线粒体基因构建的发育树中表现出与拉氏鱥和尖头鱥谱系更近的亲缘关系,但在基于直系同源基因构建的发育树中表现出与短尾鱥和吐鲁番鱥更近的亲缘关系;另外,在4个线粒体基因串联序列构建的发育树中,分布于北美洲的北方红腹鱥(P.eos)优先与(图们鱥P.phoxinus tumensis+(真鱥+阿勒泰鱥))谱系聚类,但在13个线粒体基因串联序列构建的发育树中北方红腹鱥与分布于欧亚大陆的鱥属鱼类构成的一大枝聚类。(4)阿勒泰鱥群体遗传多样性及其与环境因子间的关系本研究采用磁珠富集法开发了12个多态性微卫星标记。基于微卫星标记和线粒体Cox I和CoxⅡ基因的遗传多样性分析显示,阿勒泰鱥7个群体整体呈现出高的核DNA(n DNA)多样性和中等的细胞质DNA(mt DNA)多样性。在少数群体间检测到了中等程度的遗传分化,这可能暗示了栖息地碎片化和分散化对群体遗传结构的影响;Mantel test的结果表明各群体间暂未出现地理隔离(isolation by distance),这意味着分布于连通水体的各群体间存在广泛的基因流动,但适应隔离(isolation by adaptation)的出现可能意味着这些群体正在适应于差异化的生境。相关性分析表明,水中的溶解氧(DO),p H,总溶解固体(TDS)和电导率(Con)等非生物因素,以及浮游生物多样性(Multi)和鱼类物种多样性(Sf)等生物因素均对阿勒泰鱥群体的遗传多样性和物种多样性有一定的影响。本研究的结果将加深对环境因素与物种遗传多样性间相互关系的理解,并有助于研究同域分布物种的种群遗传学。(5)鱥属3种鱼类温度适应的潜在进化机制本研究以采集样本中资源量相对丰富且分布区域较有代表性的阿勒泰鱥、拉氏鱥和尖头鱥为对象,基于转录组测序、注释和比对,共鉴定出3种鱥间的直系同源基因2,163个;考虑到3种鱥形态和生长特性的差异,本研究提取3种鱥转录组测序序列中注释出的骨形态发育蛋白基因(bone morphogenetic protein,BMP)和GH-IGF轴基因(growth hormone,insulin-like growth factor,GH-IGF)的相对表达量FPKM值,结果显示,3种鱥的BMP基因和GH-IGF轴基因平均FPKM值的大小关系与其生长特性的大小关系相对应,即阿勒泰鱥<尖头鱥<拉氏鱥;经codeml程序的选择压力分析,阿勒泰鱥、拉氏鱥和尖头鱥分别鉴定出57个、272个和206个快速进化基因,以及96个、46个和31个正向选择基因;GO富集分析以及Uni Prot在线蛋白数据库比对后发现,阿勒泰鱥的进化上受到选择的基因(如crls1、dhfr和efs等基因)可能在脂质代谢、维持线粒体功能等过程中发挥关键作用,从而对寒冷做出响应,同时积极参与环境信号的转导,平衡细胞的增殖与凋亡,维持体内稳态,提高机体免疫力;而在趋向于更温暖的低纬度地区适应的拉氏鱥和尖头鱥中,其共享的进化上受选择的基因呈现出多个与环境适应相关的生物学过程或生理功能;如klhl42、cpn1和cse1l等基因积极参与构建鱼类应对外界刺激的第一道屏障——体液免疫;同时,clcn7和epas1b等基因积极响应温度、溶氧等非生物因子的刺激,并进一步参与到机体对于低氧环境的应答;而klhl22基因参与的“Cul4-RING E3泛素连接酶复合物”可能促进拉氏鱥和尖头鱥对于热胁迫的耐受;另外,irx2a、epas1b、tsc22d3和ugdh等基因积极参与机体生长、能量摄取、骨骼等器官发育以及体轴形成等相关过程的调控,并在拉氏鱥和尖头鱥的进化上表现出选择优势,从而确保其优于阿勒泰鱥的生长特性。综上,鱥属鱼类整体上小而“修长”的体型,是其对溪流水体环境表型适应的结果。在其漫长的进化历程中,不同种在适应于差异化的环境过程中,表现出在体轴和尾部形态等与游泳能力相关特征,以及眼睛大小和侧线等感觉系统发育上的差异。种间一些高度保守的表型特征,以及进化速率等方面的遗传相似性,确保了其属内相对稳定的进化关系。其中,拉氏鱥和尖头鱥在向低纬度较温暖水域分布的进程中,受到来自环境温度的选择压力,而表现出对于温度的适应性进化。种间分布水域的温度差异,可能也很好地解释了其生长特性的不同。