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目的: 所有软骨鱼纲的种类都是由一个盾皮鱼纲中的祖先进化而来的单系群,然后分成两个姐妹群分支,即板鳃亚纲(Elasmobranchii)和全头亚纲(Holocephali)。此亚纲沿两个方向发展:一支保存了迅速游泳的纺锤形体型——侧孔总目Pleurotremata(鲨形总目Selachomorpha);另一支则发展为扁平体型,适于底栖、少活动的生活类型——下孔总目Hypotremata(鳐形总目Batomorphp)。板鳃亚纲广泛分布于世界各地的海洋中,在漫长的进化过程中形成了极其丰富的生态类型,主要分布在热带浅海海域。由于世界渔业资源的衰退,鱼类种群生态学研究得到广泛重视。形态学方法在软骨鱼的系统发育研究上产生许多观点上的分歧,甚至在总目水平上都有争议,随着测序技术的发展,基因组水平的数据越来越多地应用在系统发育研究中,极大地提高了物种间相互关系的可靠性。 本研究测定和分析了我国沿海14种板鳃鱼类线粒体基因组(包括结构、长度、偏倚性、密码子和控制区),利用包括测定分析线粒体全序列的14种在内的共28种板鳃鱼类的线粒体基因组全序列对板鳃鱼类的系统发育关系进行探讨。通过检验得知COⅠ和ND5基因在各个谱系的替代率偏离分子钟,运用松散分子钟以化石记录为校准估算板鳃亚纲及其相关类群的分化时间。 方法: 1、通过提取14种板鳃亚纲的线粒体全基因组,并进行全序列测序,讨论了其线粒体基因组及其各基因的长度,基因的间隔和重叠,碱基使用的偏倚性,蛋白质编码基因,tRNA、rRNA、控制区等线粒体基因组基本特征。 2、基于线粒体基因组全序列,结合28种板鳃亚纲鱼类,以全头亚纲中大西洋银鲛(Chimaera monstrosa NC_003136)和叶吻银鲛(Callorhinchus callorynchusNC_014281)作为外群,以运用最大简约法(maximum parsimony, MP)、最大似然法(maximum likelihood,ML)和贝叶斯法(Bayesian inference,BI)三种构树方法重建系统发育树,探讨侧孔总目和下孔总目相互之间的系统地位,以期为以形态学为基础的系统发育分类提供分子水平上的证据。 3、基于COⅠ和ND5基因采用松弛分子钟约束的Bayesian MCMC算法,以下孔总目与侧孔总目的之间的(+)Archaeobatidae化石时间(220.1百万年前)和鳐形目与其他下孔总目之间的(+)Rajorhina expansa化石时间(180.1百万年)为标定点,其中(+)Archaeobatidae是root height确定依据。用Beast v1.8.0软件包估计板鰓鱼类的分歧时间,进行共祖时间分析(the most recent common ancestor,TMRCA)。基于COⅠ和ND5基因分别估计出的6个节点的分歧时间分别为Node1,侧孔总目与下孔总目;Node2,鲼形目与鳐形目;Node3,角鲨目与虎鲨目、须鲨目、鼠鲨目和真鲨目;Node4,鲸鲨与其他须鲨目;Node5,鼠鲨目与真鲨目;Node6,魟科与鳐形目中其他科。将各节点获得的分化时间与化石记录相比较,分析其生物地理学模型。 结果与讨论: 1、14种板鳃亚纲线粒体DNA基因组的37个基因和两个非编码区(OL和D-Loop)的排列方式同其他脊椎动物相同。从各基因的长度来说,除控制区在鲼形目表现出明显差异:鲼形目的控制区长度为其他板鳃亚纲鱼类控制区长度的两倍外,其他基因长度基本相似。线粒体基因组碱基组成分析时发现A+T的含量明显大于G+C的含量,表现出GC的相对缺乏以及AT的相对丰富,特别是控制区富含AT,符合后生动物线粒体基因组的碱基组成特点。识别出了控制区中与线粒体DNA复制和转录相联系的终止序列区(TAS)、中央保守区(CD)和保守序列区(CSB)。 2、通过最大简约法(MP),最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)三种方法对板鳃亚纲的系统发育树进行了重建,系统发育结果支持下孔总目和侧孔总目的分化,最大似然法和贝叶斯法系统树的结果显示两种虎鲨和三种斑竹鲨的末端枝长较短,这说明这些近缘种之间的关系较近。鲼形目和鳐形目的种类明确的被分为两支。Compagno认为鲼形目很可能是由犁头鳐进化而来的,系统发育树的拓扑结构显示犁头鳐科与鲼形目有着比与鳐科更近的亲缘关系。 3、采用化石记录估计分歧时间,对新生的分子进化领域产生了巨大的影响,但分子钟估计的时间常常与化石证据相矛盾,大多数的分歧时间估计要早很多,有些甚至比化石年代早两倍,化石记录代表了物种产生特征形态性状并形成化石的时间,而分子钟估计代表物种发生生殖隔离的时间,因此化石所提供的时间必定晚于分子钟估计的时间。板鲤鱼类的分化时间均在K-T灭绝以前,其系统发生与盘古大陆的分裂、特提斯海的消失等地理活动有关。