雅鲁藏布江三种裂腹鱼属鱼类群体遗传学研究

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异齿裂腹鱼(Schizothorax oconnori Lloyd,1908)、拉萨裂腹鱼(Schizothorax waltoni Regan,1905)和巨须裂腹鱼(Schizothorax macropogon Regan,1905)均隶属鲤科(Cyprindiae)裂腹鱼亚科(Schizothoracinae)裂腹鱼属(Schizothorax),是雅鲁藏布江中游流域仅有的三种裂腹鱼属鱼类,也是我国西藏特有的珍稀高原经济鱼类。其中,异齿裂腹鱼是唯一分布在雅鲁藏布江大峡谷(简称大峡谷,下同)上游和下游流域的裂腹鱼属鱼类,被评选为雅鲁藏布江生物名片,极具代表意义。三种裂腹鱼分布位置特殊,具有重要的科学理论研究和应用价值。近年来,由于受到酷渔滥捕、外来鱼类入侵以及栖息地破坏等生态危害的严重影响,三种裂腹鱼自然群体资源量急剧下降,已出现衰退的趋势,亟待对其现存群体采取切实有效的保护和管理策略。目前,国家已经采取了一系列的保护措施,但仍不清楚三种裂腹鱼自然群体的遗传变异特征。因此,本研究首次开发了三种裂腹鱼的多态性微卫星(SSR)分子标记,并采用线粒体DNA细胞色素b和控制区(mt DNA Cyt b和CR)序列以及SSR两类分子标记,对雅鲁藏布江中游流域三种裂腹鱼类的群体遗传多样性、遗传结构和历史动态进行了评估和分析,以期为三种裂腹鱼保护和管理方案的制定提供遗传学方面的科学依据。主要研究结果如下:1、异齿裂腹鱼群体遗传学分析基于mt DNA Cyt b序列(1141 bp)、CR序列(714 bp)、Cyt b+CR序列(1855 bp)三种分析方法,对异齿裂腹鱼7个地理群体168个个体的遗传变异进行了分析,共检测到59个Cyt b单倍型、80个CR单倍型、107个Cyt b+CR单倍型。大峡谷下游的帕隆藏布(波密BM)群体的单倍型多样性和核苷酸多样性明显低于大峡谷上游6个群体(日喀则SG、扎雪ZX、曲水QX、山南SN、米林ML、派镇PZ)的遗传多样性指数,异齿裂腹鱼整体上表现出较高的mt DNA遗传多样性。单倍型系统发育和群体遗传结构分析显示,帕隆藏布(波密BM)群体与大峡谷上游6个群体在系统发育上互为单系;帕隆藏布(波密BM)群体和大峡谷上游6个群体之间在mt DNA水平上发生了显著的遗传分化,形成了明显分化的两个遗传谱系;而大峡谷上游6个群体之间遗传分化较小,没有形成明显的遗传谱系。群体历史动态分析显示,帕隆藏布(波密BM)群体和大峡谷上游6个群体的异齿裂腹鱼可能在距今1.0 Ma左右发生分化,帕隆藏布(波密BM)群体分化后群体大小处于相对稳定状态,没有经历过群体扩张事件;而大峡谷上游6个群体可能在距今0.1 Ma左右发生了群体扩张。第四纪更新世气候变化和青藏高原隆升对异齿裂腹鱼现今遗传格局造成了重要影响。采用FIASCO法,通过构建(AC)n和(AGAT)n微卫星富集文库,开发了异齿裂腹鱼42个多态性SSR标记,并在近缘裂腹鱼类中对42个SSR标记的通用性进行了检测,结果发现其通用性较高,可适用于近缘裂腹鱼类群体遗传及分子鉴定等方面的应用。基于本课题组开发的12个SSR标记,对异齿裂腹鱼7个地理群体322个个体的遗传变异进行了分析,共检测到359个SSR扩增条带(位点,下同),其中有11个SSR条带受到选择作用。分别基于SSR标记全部扩增位点(n=359)和扩增中性位点(n=348)进行群体遗传多样性和遗传结构分析,结果表明:帕隆藏布(波密BM)群体的Nei’s基因多样性指数和Shannon’s信息指数明显低于大峡谷上游6个群体(日喀则SG、墨竹工卡MG、曲水QX、山南SN、米林ML、派镇PZ)的遗传多样性指数,异齿裂腹鱼整体上表现出较高的SSR遗传多样性。异齿裂腹鱼帕隆藏布(波密BM)群体与大峡谷上游6个群体之间在SSR水平上发生了一定程度的遗传分化,形成了明显的两个遗传分支;大峡谷上游6个群体之间虽然遗传分化程度较低,但也形成了3个不同的遗传分支:日喀则(SG)和派镇(PZ)聚为一支,曲水(QX)、山南(SN)和米林(ML)聚为另外一支,扎雪(ZX)属于以上2个遗传分支的混合。2、拉萨裂腹鱼群体遗传学分析基于mt DNA Cyt b序列(1141 bp)、CR序列(712 bp)、Cyt b+CR序列(1853 bp)三种分析方法,对拉萨裂腹鱼5个地理群体114个个体的遗传变异进行了分析,共检测到17个Cyt b单倍型、28个CR单倍型、37个Cyt b+CR单倍型。米林(ML)群体的单倍型多样性和核苷酸多样性稍微低于其上游4个群体(日喀则SG、墨竹工卡MG、曲水QX、山南SN)的遗传多样性指数,拉萨裂腹鱼整体上表现出较高的mt DNA遗传多样性。单倍型系统发育和群体遗传结构分析显示,米林(ML)群体与其上游4个群体在系统发育上为并系或多系,在mt DNA水平上发生了一定程度的遗传分化,但是分化程度较低,没有形成明显的遗传谱系。错配分布和中性检验分析显示,拉萨裂腹鱼5个群体的大小处于相对稳定状态,而BSPs(Bayesian skyline plots)分析发现拉萨裂腹鱼可能在距今0.05 Ma~0.10 Ma期间发生了群体扩张。采用FIASCO法,通过构建(AGAT)n微卫星富集文库,开发了拉萨裂腹鱼20个多态性SSR标记,并在近缘裂腹鱼类中,对20个SSR标记的通用性进行了检测,结果发现其通用性较高,其中1个SSR标记(Schw13)可能用于三种裂腹鱼的分子鉴定。基于本课题组开发的11个SSR标记,对拉萨裂腹鱼5个地理群体221个个体的遗传变异进行了分析,共检测到266个SSR扩增条带(位点),其中有9个SSR条带受到选择作用。分别基于SSR标记全部扩增位点(n=266)和扩增中性位点(n=257)进行群体遗传多样性和遗传结构分析,结果表明:米林(ML)群体的Nei’s基因多样性指数和Shannon’s信息指数明显低于其上游4个群体(日喀则SG、墨竹工卡MG、曲水QX、山南SN)的遗传多样性指数,拉萨裂腹鱼整体上表现出较高的SSR遗传多样性。拉萨裂腹鱼米林(ML)群体与其上游4个群体之间在SSR水平上发生了一定程度的遗传分化,形成了明显的两个遗传分支;米林上游4个群体之间虽然遗传分化程度较低,但也形成了2个不同的遗传分支:日喀则(SG)单独聚为一支,墨竹工卡(MG)、曲水(QX)、山南(SN)聚为另外一支。3、巨须裂腹鱼群体遗传学分析基于mt DNA Cyt b序列(1141 bp)、CR序列(715 bp)、Cyt b+CR序列(1856 bp)三种分析方法,对巨须裂腹鱼4个地理群体96个个体的遗传变异进行了分析,共检测到32个Cyt b单倍型、58个CR单倍型、64个Cyt b+CR单倍型。巨须裂腹鱼4个群体(日喀则SG、墨竹工卡MG、米林ML、派镇PZ)的单倍型多样性和核苷酸多样性指数差异不大,整体上表现出较高的mt DNA遗传多样性。单倍型系统发育和群体遗传结构分析显示,巨须裂腹鱼4个群体的单倍型在系统发育上为并系或多系,4个群体之间在mt DNA水平上分化程度较低,没有形成明显的遗传谱系。错配分布和中性检验分析显示,巨须裂腹鱼4个群体的大小处于相对稳定状态,而BSP(Bayesian skyline plots)分析发现巨须裂腹鱼可能在距今0.05 Ma~0.15 Ma期间发生了群体扩张。采用FIASCO法,通过构建(AGAT)n微卫星富集文库,开发了巨须裂腹鱼23个多态性SSR标记,并在近缘裂腹鱼类中,对23个SSR标记的通用性进行了检测,结果发现其通用性较高,且2个SSR标记(Schm03,Schm04)可能用于三种裂腹鱼的分子鉴定。基于本课题组开发的12个SSR标记,对巨须裂腹鱼4个地理群体170个个体的遗传变异进行了分析,共检测到224个SSR扩增条带(位点),其中有4个SSR条带受到选择作用。分别基于SSR标记全部扩增位点(n=224)和扩增中性位点(n=220)进行群体遗传多样性和遗传结构分析,结果表明:米林(ML)和派镇(PZ)群体的Nei’s基因多样性指数和Shannon’s信息指数明显低于日喀则(SG)和墨竹工卡(MG)群体的遗传多样性指数,巨须裂腹鱼整体上表现出较高的SSR遗传多样性。巨须裂腹鱼4个群体之间在SSR水平上的遗传分化程度较低,没有形成明显的遗传分支。4、三种裂腹鱼属鱼类的保护建议基于上述三种裂腹鱼的群体遗传多样性和遗传结构分析结果,建议在制定其种质资源保护和管理策略时,可以将三种裂腹鱼整体上划分为5个管理单元:日喀则,扎雪+墨竹工卡,曲水+山南,米林+派镇,波密。应优先保护帕隆藏布江流域的异齿裂腹鱼资源,并同时保护雅鲁藏布江干流的日喀则江段、米林至派镇江段以及支流拉萨河的扎雪至墨竹工卡河段的三种裂腹鱼的资源,最后考虑保护雅鲁藏布江干流日喀则至山南江段以及其他地区的三种裂腹鱼资源。
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