我国主要石首鱼科鱼类分子系统发育及大黄鱼群体遗传结构的DNA标记研究

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石首鱼科(Sciaenidae)隶属鲈形目,在全世界范围内共有70个属300余种,是鲈形目中属种最多的科之一。我国沿海石首鱼类种属众多,共有17个属30多种。石首鱼科的绝大多数种类肉味鲜美、经济价值高,是海洋渔业和海水养殖的重要对象。石首科鱼类是我国海洋经济鱼类中产量最大的类群之一,其中大黄鱼(Larimichthys crocea)曾占据着中国“四大海产”的“半壁江山”,是中国重要的海洋经济鱼类。本研究以我国常见石首鱼的系统发育关系为切入点,分析大黄鱼SSR在亲缘物种中的通用性,进而利用EPIC标记、线粒体COI基因中的DNA序列多态性和SNP深入分析大黄鱼种群遗传多样性,主要结果如下:(1)基于EPIC核基因DNA序列和线粒体COI基因序列多态性变异分析石首鱼的系统发育关系利用核基因序列内含子多态性(EPIC)及线粒体COI基因对常见9种石首鱼的系统发育关系进行了分析,两种不同的分析途径产生的结果略有不同,从所构建的两种进化树来看,最大的区别是皮氏叫姑鱼(Johnius belangerii)黄姑鱼(Nibea albiflora)及鮸鱼(Miichthys miiuy)的进化差异。基于线粒体COI基因分析得出的结果表明,皮氏叫姑鱼处于最底端,单独成一支,而其它种聚类成一大支;鮸鱼位于黄鱼亚科的底端,棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)与大黄鱼及小黄鱼(Larimichthys polyactis)聚类成一支。核基因DNA序列所构建的系统发育树表明,9种石首鱼共分为两组,一组由黄鱼属及梅童鱼属组成;另一组则由皮氏叫姑鱼、黄姑鱼(Nibea albiflora)、白姑鱼(Pennahia argentata)、眼斑拟石首鱼(Sciaenops ocellatus)及日本银姑鱼(Argyrosomus japonicu)组成。皮氏叫姑鱼与黄姑鱼组成一支;鮸鱼则单独一支,处于皮氏叫姑鱼、黄姑鱼、白姑鱼、眼斑拟石首鱼及日本银姑鱼这一大支的底部。石首鱼的系统发育关系仍纷繁复杂,有待于用更多的分子手段、方法及更广泛的物种来进一步理顺及验证。(2)大黄鱼微卫星标记在其亲缘物种中的通用性研究在大黄鱼全基因组DNA序列的基础上,本实验室新开发了73对大黄鱼微卫星,本文利用其中27对微卫星对大黄鱼亲缘关系较近的皮氏叫姑鱼、黄姑鱼及日本银姑鱼进行扩增分析。结果表明:27对微卫星序列中,在皮氏叫姑鱼这一物种中成功扩增出24对,在黄姑鱼这一物种中成功扩增出26对,在日本银姑鱼这一物种中成功扩增出25对。等位基因数目为6-14,观测杂合度最高为0.372,最低为0.078;期望杂合度分别最高为0.905,最低为0.515;大部分大黄鱼微卫星引物都能在这三种石首鱼中成功扩增并表现为等位基因多态性;可见,利用相近物种微卫星标记不但降低了微卫星开发的费用,而且提高了微卫星的利用效率,为微卫星的推广及应用提供了条件,对于濒危物种如日本银姑鱼研究意义更大,为进一步探讨大黄鱼及其相近物种的亲缘关系、石首鱼类的通用性引物、石首鱼类的杂交育种等提供了参考资料。(3)应用核基因DNA序列和线粒体基因标记对大黄地理种群进行划分大黄鱼种群划分较为复杂,数十年来,对大黄鱼种群的划分一直争议不断。另外,由于过度捕捞及生境破坏,大黄鱼野生资源逐渐枯竭,然而,在大黄鱼成功繁育的同时,人工增殖放流、南北接力养殖及网箱逃逸等现象,加之或研究方法或取样差异,导致如今大黄鱼地理种群及种质资源的归属更加复杂,争议很大。鱼类的种群分化对于鱼类种质资源保护及管理意义重大,只有深入了解大黄鱼种群的遗传背景及资源状况,才能更好地保护大黄鱼及做好大黄鱼育种。本研究从全新的角度,利用核基因标记,并从9个标记中筛选出最佳两个,结合线粒体COI基因DNA序列来分析大黄鱼地理种群多样性。根据核基因DNA序列的分析结果,舟山野生群、漳浦野生群以及海南野生群这三个野生群几乎可以分为三支,舟山野生群与漳浦野生群相对较近,海南野生群单独一支,处于聚类的最末端;从遗传距离来看,海南野生群与其它两个野生群距离最远。划分结果与上世纪60年代的传统形态学划分并不十分一致,而与张其永等对大黄鱼的地理种群划分比较相近;由此可以从分子标记的基础上推测,不同地理种群的大黄鱼差异的确存在,这为现阶段大黄鱼地理种群的划分提供了新的参考。(4)大黄鱼基因组SNP标记的开发与检测本实验室利用二代测序技术获得了619Mb大小、平均测序深度82x、覆盖范围为88%的大黄鱼基因组草图,本文利用Sequenom MassARRAY分型技术,在大黄鱼基因组草图的基础上,运用筛选的60个SNP候选位点,针对舟山野生群、漳浦野生群、海南澄迈野生群及宁德养殖群的大黄鱼进行遗传背景分析。结果表明:有效等位基因数分布范围1.328-1.341,平均1.335。期望杂合度和观测杂合度分布范围分别为0.273-0.320和0.190-0.235,多态信息含量分析显示147个SNP位点的PIC值范围为0.215-0.0.247,低于0.25。从遗传分化系数Fst来看,所有群体间的Fst值都在0-0.05之间。60个SNP候选位点中,57组得到良好的分型效果。一共有AA,CA,CC,CT,TT,GG,GA,GT,AT,GC 10个基因型。57个SNP位点中,有29个是转换,占48%,31个是颠换,占52%。SNP标记为2等位基因标记,分型结果表明2个等位基因在分型中都能检测到。共检测到147个等位基因位点,最小基因频率范围从0.378到0.497。对于全部SNP位点, AA,CC,TT,GG型比例明显高于CA,CT,GA,GT,AT,GC型。AT,GC基因型为稀有突变型,说明这些位点可以在遗传多样性分析和种群结构分析中加以使用。得出57个基因分型散点图。结果表明,scf117,scf708,scf247为舟山野生大黄鱼特有的标记,scf559漳浦野生大黄鱼特有标记,scf100,scf166为海南野生大黄鱼特有标记,scf305、scf664为宁德养殖大黄鱼特有标记。从大黄鱼基因组在线数据库可以看出,其中,scf117,scf187以及scf511为编码区SNP标记,分别参与编码Acid-Induced Differentiation Factor (ATRAID), Protein FAM210B及NCKAP5: Nck-associated protein5蛋白。总之,本文所开发的57个SNP标记,为进一步的大黄鱼种群鉴定、遗传多样性分析和分子标记辅助育等方面提供了基础资料。
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