基于线粒体DNA和微卫星标记的务川臭蛙种群遗传结构及分子系统发生研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 3次 | 上传用户:aridan
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务川臭蛙(Odorrana wuchuanensis),无尾目(Anura),蛙科(Ranidae),臭蛙属(Odorrana),中国特有种,是中国最濒危的8种两栖类之一,其模式标本因采于贵州省东北部的务川仡佬族苗族自治县而被命名。2016年被国际自然保护联盟(IUCN)重新评估,由极度濒危(Critically Endangered,简称CR)降级为易危(Vulnerable,简称VU),但目前未列入中国重点野生动物保护名录。截止2016年,野外调查主要发现于贵州省东北部和南部,但由于该物种栖息地多位于人迹罕见处,野外调查很难确定其实际分布情况。本研究采用最大熵(MaxEnt)模型,结合2013–2016年野外调查获得的贵州省境内务川臭蛙种群的20个分布点数据和15个200 m×200 m分辨率的环境变量数据,对该物种在贵州省喀斯特区域的潜在分布区进行预测,并分析务川臭蛙种群分布与环境因子之间的关系。通过非损伤性取样法获得贵州东北部(务川仡佬族苗族自治县)与南部(荔波县)两个分布区的野外务川臭蛙个体组织,测定该物种线粒体基因组的全序列,并与本研究测定的海南臭蛙(Odorrana hainanensis)线粒体全基因组序列以及已知的蛙科其他26个线粒体全基因组序列进行系统发生分析,探讨务川臭蛙系统发生地位;在此基础上,通过线粒体细胞色素氧化酶亚基I的基因全序列(COI)、细胞色素b基因的全序列(Cytb)、部分控制区序列(D-loop)与6个微卫星DNA位点,分析务川臭蛙种群的遗传结构,探讨贵州省境内两个主要分布种群之间的进化关系。主要研究结果如下:(1)务川臭蛙种群的潜在分布区MaxEnt模型分析显示,适生区(HSI>0.24)主要位于东北部的务川仡佬族苗族自治县和沿河土家族自治县,南部的荔波县和从江县,潜在分布区(HSI>0.08)主要位于贵州省东北部和南部。务川臭蛙种群潜在分布区在局部空间上不连续,呈破碎化状态。太阳年辐射总量是影响务川臭蛙种群分布的最主要环境因子,海拔、1月平均相对湿度和坡度,温度与降水对务川臭蛙种群分布影响较小。(2)务川臭蛙线粒体全基因组结构和系统发生分析务川臭蛙线粒体全基因组全序列总长度为18256 bp,包括13个蛋白质编码基因、2个核糖体RNA(rRNA)基因、22个转换RNA(tRNA)基因以及1个控制区(D-loop)。碱基含量分别为27.89%A,29.00%C,15.34%G和27.78%T。除ND6和8个tRNA基因(tRNAPro、tRNAGln、tRNAAla、tRNAAsn、tRNACys、tRNATyr、tRNASer、tRNAGlu外,其他所有基因均在重链编码。务川臭蛙线粒体全基因组序列具有典型的新蛙亚目类型的结构,即LTPF tRNA基因家族(tRNALeu(CUN)、tRNAThr、t RNAPro、tRNAPhe位于控制区和12SrRNA基因之间,其tRNAHis基因从原来位于ND4和tRNACys基因之间的位置转移到了控制区下游区域,与同属其他物种相似。基于贝叶斯法和最大似然法对28个蛙类物种的线粒体基因组构建的系统发育树分析显示,臭蛙属为一单系属;务川臭蛙的系统发生关系与绿臭蛙最近,而花臭蛙则与本人最新测定线粒体基因组全序列的海南臭蛙组成姐妹关系群。(3)务川臭蛙种群遗传结构分析采用线粒体标记和微卫星标记两种标记对贵州省东北部——务川仡佬族苗族自治县境内的赖子洞、柏村、苏村、大水沟以及贵州南部荔波县茂兰国家级自然保护区的洞方5个地理种群遗传结构分析。所获得31个mtDNA串联序列中,共发现3624个核苷酸位点,其中45个是变异位点,有11个简约信息位点,显示野外种群之间的遗传差异较小。遗传多样性分析显示,核苷酸多样性(π=0.002)、单倍型多样性(h=0.869)和平均核苷酸差异值(k=5.742)均较低,与野外种群之间的遗传差异较小相吻合。微卫星标记分析显示,观测杂合度(Ho)在0.00–1.00之间,期望杂合度(He)在0.00–0.89之间,总遗传多样性水平较低,且各种群之间未存在明显的遗传聚类结构。中性检验显示,Tajima’s D和Fu’s Fs值分别是D=-1.81(P<0.05)、Fs=-3.47(P<0.05),显示务川臭蛙的种群历史上经历过近期扩张,但非快速扩张。基于贝叶斯法构建的系统发育树显示,务川仡佬族苗族自治县境内洞方、苏村和大水沟之间种群间系统关系较近,赖子洞种群有往南扩散的趋势,并与其他种群很可能出现了二次联系;单倍型网络分析显示,务川仡佬族苗族自治县境内柏村与大水沟洞穴内部存在联系。野外种群系统地理模式主要是受地理事件的影响,即长江支流的变化可能是务川臭蛙分布格局形成的主要原因。
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