劉 博, 匡友誼, 佟廣香, 尹家勝,*

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所, 黑龍江 哈爾濱 150070;2. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院, 上海 201306)

微衛(wèi)星分析9個(gè)哲羅魚(yú)野生群體的遺傳多樣性

劉 博1,2, 匡友誼1, 佟廣香1, 尹家勝1,*

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所,黑龍江 哈爾濱150070;2.上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院,上海201306)

哲羅魚(yú)(Hucho taimen)是我國(guó)珍稀的土著冷水性魚(yú)類, 目前已處于瀕危狀態(tài)。為了解哲羅魚(yú)的種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu), 該研究利用20對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記對(duì)9個(gè)野生哲羅魚(yú)群體進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：9個(gè)哲羅魚(yú)群體的觀測(cè)雜合度在0.0994～0.8882, 期望雜合度在0.2005～0.8759, PIC指數(shù)在0.3432～0.5261, 其中呼瑪河群體的遺傳多樣性較低。群體間的Fst在0.0246～0.2333 (P＜0.0001),Nm在0.8216～9.9292, 群體間遺傳分化較明顯, 基因交流少；群體的同胞系比例在27.78%～90.91%, 說(shuō)明近交壓力較大, 可能經(jīng)歷過(guò)遺傳瓶頸或存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)。AMOVA分析表明，群體間各基因座遺傳分化系數(shù)的均值為0.1081；聚類分析結(jié)果顯示北極江段群體獨(dú)立為一支,呼瑪河群體與烏蘇里江各群體聚為一支, 黑龍江中上游各群體聚為一支。這些結(jié)果表明，哲羅魚(yú)資源量的減少已經(jīng)影響了群體間的基因交流。應(yīng)杜絕對(duì)哲羅魚(yú)資源破壞性捕撈，同時(shí)加強(qiáng)群體間基因交流, 以期達(dá)到全面保護(hù)哲羅魚(yú)種質(zhì)資源的目的。

哲羅魚(yú); 微衛(wèi)星; 遺傳多樣性; 遺傳結(jié)構(gòu)

哲羅魚(yú)(Hucho taimen)屬鮭形目(Samoniformes)鮭科(Salmonidea)哲羅魚(yú)屬(Hucho), 歷史上曾廣泛分布于東北歐的伏爾加河、皮喬拉河，西伯利亞的貝加爾湖流域及中國(guó)的黑龍江流域、額爾齊斯河流域(Holcik et al, 1988; Li et al, 1966)等地區(qū)。20世紀(jì)50—60年代, 在黑龍江、烏蘇里江、松花江各水系中均存在有哲羅魚(yú)群體, 但是, 由于近幾十年來(lái)?xiàng)⒌丨h(huán)境的惡化、產(chǎn)卵場(chǎng)的破壞及過(guò)度捕撈導(dǎo)致其野生資源量急劇下降。目前僅在黑龍江上游、烏蘇里江流域和新疆的哈納斯湖存在一定數(shù)量的哲羅魚(yú)群體, 其他原棲息地種群已經(jīng)消失或僅存零星個(gè)體 (Ren et al, 2002; Dong et al, 1998a), 1998年被列為我國(guó)瀕危物種(Le & Chen, 1998)。有學(xué)者研究了哲羅魚(yú)的種群結(jié)構(gòu)、資源量、分布區(qū)域等現(xiàn)狀 (Jiang et al, 2004; Yin et al, 2003; Ren et al, 2002; Dong et al, 1998b; Li et al, 1966), 發(fā)現(xiàn)近20年來(lái)哲羅魚(yú)的資源量下降較快, 尤其是從1998—2003年, 烏蘇里江流域的哲羅魚(yú)資源量下降了50%。由此可見(jiàn), 保護(hù)哲羅魚(yú)的種質(zhì)資源及資源量勢(shì)在必行。為更好地?cái)U(kuò)大有效繁殖哲羅魚(yú)群體和恢復(fù)其資源量, 有必要從擁有更豐富信息量的基因組角度出發(fā), 利用分子生物學(xué)方法, 掌握哲羅魚(yú)的遺傳多樣性現(xiàn)狀和種群遺傳結(jié)構(gòu)。

目前利用分子生物學(xué)方法對(duì)哲羅魚(yú)種質(zhì)資源的研究報(bào)道較少, 且過(guò)去幾年, 由于已知的哲羅魚(yú)DNA序列較少, 其可用的微衛(wèi)星分子標(biāo)記較少, 研究多采用了AFLP標(biāo)記 (Kuang et al, 2007; Tong et al, 2009), 該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和DNA質(zhì)量要求較高,存在一定的局限性。在利用微衛(wèi)星標(biāo)記方面, 由于可用標(biāo)記缺少, 僅僅是對(duì)個(gè)別江段的哲羅魚(yú)群體分析(Liang et al, 2004)和在親子鑒定方面的應(yīng)用(Zhang et al, 2010)。隨著目前哲羅魚(yú)可用的微衛(wèi)星標(biāo)記逐漸增多 (Froufe et al, 2004; Hatakeyama et al, 2005; Tong et al, 2006a, 2006b), 有必要對(duì)黑龍江流域和烏蘇里江流域的哲羅魚(yú)野生群體的遺傳多樣性進(jìn)行更全面的分析。本研究利用20對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記對(duì)黑龍江流域和烏蘇里江流域哲羅魚(yú)9個(gè)群體的遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)及基因流進(jìn)行了分析, 以期為哲羅魚(yú)的種質(zhì)資源保護(hù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

九個(gè)野生哲羅魚(yú)群體共161尾, 剪取鰭條, 用75%乙醇固定保存, 采樣地點(diǎn)及樣本數(shù)量見(jiàn)表1及圖1。

表1 采樣地點(diǎn)與樣本數(shù)量Tab. 1 The sampling sites and the number of sample

圖1 采樣點(diǎn)圖示Fig. 1 Sampling sites were showed in the map

1.2 基因組DNA的提取

將鰭條樣品取出, 在超純水中反復(fù)清洗除去酒精后采用酚、氯仿提取樣品DNA, 用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè), 用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其濃度和純度后備用。

1.3 微衛(wèi)星引物篩選

本研究篩選出20對(duì)能穩(wěn)定擴(kuò)增且條帶清晰的微衛(wèi)星引物, 用于9個(gè)群體的遺傳多樣性分析。其中，HtaCA25、HtaCA69、HtaCA63、HtaCA101由本實(shí)驗(yàn)室自行開(kāi)發(fā) (Tong et al, 2006b), 其余標(biāo)記來(lái)自GenBank (Froufe et al, 2004; Hatakyama et al, 2005), 引物序列信息見(jiàn)表2。

1.4 PCR擴(kuò)增及電泳

PCR擴(kuò)增反應(yīng)采用15 μL體系, 其中包括20 ng/μLDNA模板1 μL,TaqDNA聚合酶0.6 U, 10×PCR Buffer 1.5 μL, dNTP (2.5 mmol/L) 1.2 μL, MgCl2(25mmol/L) 0.9 μL, 10 μmol/μL上下游引物各0.5 μL, 無(wú)菌水補(bǔ)足15 μL。PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?4 ℃預(yù)變性5 min; 94 ℃變性30 s, 退火30 s, 72 ℃30 s, 30個(gè)循環(huán)；最后72 ℃延伸10 min。

表2 20對(duì)微衛(wèi)星引物信息Tab. 2 Twenty SSR primers available to Hucho taimen

PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用8%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳 (8 V/cm, 4 ℃, 8～10 h)進(jìn)行檢測(cè), 經(jīng)銀染后, 用掃描儀掃描成像。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用gel-pro軟件(version4.5)分析所獲得的微衛(wèi)星指紋圖, 由Genepop (version4.1)進(jìn)行各基因座間連鎖不平衡分析, 卡方檢驗(yàn)估計(jì)Hardy-Weiberg平衡偏離；用Popgene (version1.32)分析以下參數(shù)：基因頻率P、觀測(cè)等位基因Na、有效等位基因Ne、Shannon多樣性指數(shù)I、觀測(cè)雜合度Ho、期望雜合度He、Nei’s遺傳距離D和遺傳相似系數(shù)S、遺傳偏離指數(shù)d, 多態(tài)信息含量PIC使用Bostein公式計(jì)算(Bostein et al, 1980)。

用AMOVA方法分析群體間全局(Globle) F統(tǒng)計(jì)量及群體間配對(duì)的遺傳分化Fst (pariwiseFst),并進(jìn)行置換檢驗(yàn) (Permutaion tests,10 000次)。使用軟件NeEstimator (version 1.3), 采用Linkage Disequilibrium (Robin, 2006；Waples et al, 2008) 和Heterozygote Excess兩種方法估算有效群體的大小,用Kingroup (version20080229b)進(jìn)行全同胞和半同胞系的檢測(cè)(Konovalov et al, 2004)。

按照Wright的方法計(jì)算反映基因流強(qiáng)度的群體每代遷移數(shù)Nm, 其關(guān)系式為：Nm=(1?Fst)/4Fst。使用Bottleneck遺傳瓶頸分析軟件檢測(cè)各群體遺傳瓶頸, 采用Stepwise Mutation Model (SMM)、Infinite Allele Model (IAM)以及Two Permutation Model (TPM) (70% IAM, 70% SMM)這3種模型進(jìn)行評(píng)估(Comuet et al, 1996)。

采用phylip (version3.69)軟件, 以UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean)法進(jìn)行聚類分析并構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹(shù), 遺傳距離利用Nei’s公式計(jì)算。

2 結(jié) 果

2.1 遺傳多樣性分析

各群體的觀測(cè)等位基因Na、有效等位基因Ne、Shannon多樣性指數(shù)I、觀測(cè)雜合度Ho、期望雜合度He、遺傳偏離指數(shù)d、多態(tài)信息含量PIC等遺傳多樣性參數(shù)見(jiàn)表3。從表中可以看出,Na、Ne、I、PIC這4個(gè)參數(shù)的值都是北洪 (BH)群體最高, 呼瑪河 (HM)群體最低。9個(gè)群體的多態(tài)信息含量PIC為0.3432～0.5261, 其中北洪 (BH)群體最大, 呼瑪(HM)群體最小。

全局Hardy-Weiberg檢驗(yàn)表明, 20個(gè)位點(diǎn)除203A外均有不同程度的偏離Hardy-Weiberg平衡,而對(duì)各個(gè)群體的HW檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除虎頭 (HT)群體外, 其余各群體均有30%左右的位點(diǎn)偏離HW平衡(P＜0.05), 其中BH群體最多達(dá)到了12個(gè)(表4)。分析各個(gè)群體的遺傳偏離指數(shù)d發(fā)現(xiàn), 除BH群體遺傳偏離指數(shù)d為正數(shù)外, 其他群體均為負(fù)數(shù), 說(shuō)明大多數(shù)群體遺傳偏離平衡表現(xiàn)為雜合子缺失, 其中BH、GH 這2個(gè)群體遺傳偏離程度較高。

2.2 群體遺傳分化分析

群體間配對(duì)遺傳分化度 (Fst)和基因流 (Nm)分析見(jiàn)表5。全局Fst和群體間配對(duì)Fst分析結(jié)果發(fā)現(xiàn), 總的群體間遺傳多樣性為0.1081, 群體間方差組分占總方差的10.81%, 并達(dá)到極顯著水平(P＜0.0001), 種群的遺傳多樣性主要分布在種群內(nèi),占變異成分的89.19%, 配對(duì)群體間的Fst在0.0246～0.2333, 且均達(dá)到極顯著水平 (P＜0.0001),Nm在0.8216～9.9292, ZJ與HQ之間遺傳分化度最小, 基因流最大, BH與HM之間遺傳分化度最大,基因流最小。

表3 9個(gè)群體的遺傳多樣性檢測(cè)Tab. 3 Genetic diversity analyses for Hucho taimen in nine populations

表4 各位點(diǎn)哈代溫伯格平衡檢驗(yàn)Tab. 4 HW-equivalence results of each population at each locus

表5 群體間遺傳分化度Fst(對(duì)角線上)和基因流Nm(對(duì)角線下)Tab. 5 Pairwise Fst values (above diagonal) and Gene flowNm (under diagonal) between all pairs of geographic populations

2.3 遺傳瓶頸檢測(cè)

通過(guò)Bottleneck對(duì)各群體的遺傳瓶頸檢測(cè)發(fā)現(xiàn), ZJ和HM群體在IAM和TPM模型下都表現(xiàn)出雜合子過(guò)剩 (P＜0.001)現(xiàn)象, 且表現(xiàn)出偏離L-shaped分布；HQ和BH群體則在這兩種模型下都表現(xiàn)出雜合子過(guò)?，F(xiàn)象 (P＜0.001), 但未偏離L-shaped的分布； HT群體則在IAM模型下表現(xiàn)出極顯著的雜合子過(guò)剩現(xiàn)象 (P＜0.0001), 且表現(xiàn)出偏離L-shaped分布； 而GH、XK這兩個(gè)群體只檢測(cè)到偏離L-shaped分布, 而在3種模型下都未檢測(cè)到雜合子過(guò)剩。從總體來(lái)看, 以上這幾個(gè)群體在歷史上都很有可能經(jīng)歷過(guò)遺傳瓶頸(Comuet et al,1996)。

2.4 有效群體估計(jì)和同胞家系的檢測(cè)

使用軟件NeEstimator (version 1.3)檢測(cè)有效群體, 其中采用連鎖不平衡計(jì)算方法 (Linkage Disequilibrium)檢測(cè)時(shí), HT群體的有效群體數(shù)量最大, 為74.6；BH群體最小, 僅為6.2。然而，BJ、HM、HQ、LG在內(nèi)的幾個(gè)群體通過(guò)該計(jì)算方法無(wú)法檢測(cè)到有效群體(Robin, 2006；Waples et al, 2008),而通過(guò)雜合子過(guò)剩計(jì)算方法 (heterozygote excess)檢測(cè)時(shí)XK群體的有效群體數(shù)量最大為41.4, 而HQ群體最小僅為4.6。從總體的趨勢(shì)來(lái)看, 9個(gè)群體的有效群體數(shù)量都較小, 通過(guò)同胞家系的檢測(cè)證明了這一點(diǎn)。在采用Kingroup進(jìn)行的同胞對(duì)檢測(cè)中9個(gè)群體中共檢測(cè)出66個(gè)同胞/半同胞對(duì), 包含113個(gè)個(gè)體, 占所有個(gè)體數(shù)的70.18%, 除LG、XK、GH這4個(gè)群體同胞對(duì)比例低于50%, 其余各群體屬于同胞對(duì)的個(gè)體，占總樣本比例都高于70%, 其中BH最高, 達(dá)到了90.91%。總體來(lái)說(shuō), 各群體檢測(cè)到的同胞對(duì)比例都較大。

2.5 群體間遺傳距離及聚類分析

利用Popgene軟件計(jì)算了群體間Nei氏遺傳距離D和遺傳相似系數(shù)S, 見(jiàn)表6。各群體間以HM與BH之間遺傳距離最大 (D為0.3031), 而遺傳相似系數(shù)最低 (S為0.7386)；HQ與ZJ之間遺傳距離最小 (D為0.0436), 而遺傳相似系數(shù)最高 (S為0.9573)。

表6 群體間Nei氏遺傳距離D(對(duì)角線下)和遺傳相似系數(shù)S(對(duì)角線上)Tab. 6 Nei's genetic distance (under diagonal) and Genetic similarity coefficient(above diagonal) between all pairs of geographic populations

根據(jù)Nei氏遺傳距離運(yùn)用UPGMA法對(duì)9個(gè)哲羅魚(yú)群體進(jìn)行聚類分析, 見(jiàn)圖2。從聚類圖可以看出, 9個(gè)群體中, BJ群體獨(dú)立為一支, HT、ZJ、HQ、HM為一大類, BH、GH、LG、XK聚為一類。

圖2 9個(gè)哲羅魚(yú)群體的UPGMA聚類圖Fig. 2 Nine populations’ UPGMA dendrogram of Hucho taimen

3 討 論

3.1 群體遺傳多樣性

種群遺傳多樣性是衡量某個(gè)物種資源量的一個(gè)重要依據(jù), 也是生命進(jìn)化和適應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ)。有效等位基因Ne、觀測(cè)雜合度Ho、期望雜合度He、多態(tài)信息含量PIC等都是反映群體遺傳多樣性的度量, 其數(shù)值越大, 表示遺傳多樣性越高, 基因豐富度越高 (Robin, 2006)。期望雜合度He也稱為基因多樣度, 一般情況下都采用它作為度量群體遺傳變異的一個(gè)最適參數(shù)。期望雜合度大小近似的反映出遺傳結(jié)構(gòu)變異程度的高低 (Jurg, 2001), 而且很重要的一點(diǎn)是在樣本量較小的情況下, 實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的每位點(diǎn)等位基因數(shù)、平均等位基因數(shù)及基因豐富度指數(shù)均會(huì)受到一定程度的影響, 但一般情況下卻和期望雜合度無(wú)明顯相關(guān)性 (Yan & Zhang, 2004)。哲羅魚(yú)由于野生種群數(shù)量少, 處于瀕危狀態(tài),樣本采集困難, 因而必須在小樣本量的情況下獲得足夠多的遺傳數(shù)據(jù), 因而在本實(shí)驗(yàn)中期望雜合度在反映群體遺傳結(jié)構(gòu)變異上具有非常重要的參考價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)雜合度Ho在0.3818～0.6658,期望雜合度He在0.3467～0.6411, 處于中等偏低的水平。9個(gè)群體中, HM群體的期望雜合度較低, 這可能是由于HM群體位于黑龍江上游支流呼瑪河中,與其他黑龍江流域群體的基因交流相對(duì)較少。Hardy-Weinberg 檢驗(yàn)的結(jié)果顯示每個(gè)群體都有部分位點(diǎn)偏離平衡。近年來(lái)哲羅魚(yú)的資源量下降, 野生群體數(shù)量較少, 群體內(nèi)近交嚴(yán)重, 這很可能是造成位點(diǎn)偏離HW平衡的主要原因 (Antoro et al, 2006), 而對(duì)各群體同胞系檢測(cè)的結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。而對(duì)多態(tài)性PIC指數(shù)的檢測(cè)也顯示9個(gè)群體中HM群體遺傳多樣性偏低, 進(jìn)一步說(shuō)明了由于環(huán)境惡化及過(guò)度捕撈導(dǎo)致呼瑪河哲羅魚(yú)資源量嚴(yán)重下降, 特別是繁殖群體數(shù)量減少(Hong, 2003; Wright, 1978)造成了嚴(yán)重的近交行為, 從而導(dǎo)致其遺傳多樣性較低。而呼瑪河作為完全在我國(guó)境內(nèi)的河流, 其野生哲羅魚(yú)群體無(wú)法像其他黑龍江干流群體一樣存在和俄羅斯境內(nèi)群體的基因交流 (Yin et al, 2003), 因此有必要加強(qiáng)對(duì)其繁殖群體的保護(hù)以及和其它群體間的基因交流以防止過(guò)度的近交行為, 從而使群體的遺傳多樣性得到保護(hù)。

3.2 群體遺傳分化與基因流

本研究顯示群體間遺傳變異占總變異的10.81%, 群體間遺傳變異顯著；PairwiseFst在0.0246～0.2333, 大部分在0.05～0.25，表明9個(gè)哲羅魚(yú)群體間遺傳分化程度屬于較高的水平(Palstra et al, 2007), 這可能與哲羅魚(yú)的產(chǎn)卵習(xí)性有關(guān)。哲羅魚(yú)通常在一次繁殖時(shí)是一雄一雌繁殖 (Holcik et al, 1988), 容易造成不同江段的個(gè)體產(chǎn)生較為明顯的遺傳分化。而對(duì)基因流Nm的分析結(jié)果顯示, 9個(gè)群體之間除HM群體與GH、BH這2個(gè)群體之間的Nm＜1外, 其余Nm＞l, 平均值為2.4405, 該值大于佟廣香等 (Tong et al, 2009)研究黑龍江流域5個(gè)哲羅魚(yú)群體所得的Nm值。理論上Nm ＜1時(shí), 遺傳漂變是群體間遺傳分化的主要因素, 遺傳漂變能夠?qū)е履承┑任换蛳? 改變?nèi)后w的遺傳結(jié)構(gòu)(Slatkin, 1987)；Nm＞l時(shí), 基因流足以抵制遺傳漂變的作用,同時(shí)防止群體分化(Plosky et al,1993)。 本實(shí)驗(yàn)研究的9個(gè)群體之間的基因交流大部分能夠阻止遺傳漂變引起的遺傳分化, 但HM群體與GH、BH這三個(gè)群體之間基因交流較少, 遺傳漂變已經(jīng)成為遺傳結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)因素, 需要引起足夠重視, 加強(qiáng)該群體與其他野生群體間的基因交流。

3.3 遺傳瓶頸和種質(zhì)資源保護(hù)

有研究表明, 在短期內(nèi), 遺傳瓶頸的發(fā)生可能只會(huì)導(dǎo)致基因豐富程度的下降, 但在今后較長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)卻會(huì)導(dǎo)致雜合度的持續(xù)性降低。在經(jīng)歷過(guò)遺傳瓶頸之后, 種群的增長(zhǎng)程度決定了雜合度下降的程度( Nei et al, 1975)。從長(zhǎng)期來(lái)看, 單次的遺傳瓶頸(或建立者效應(yīng))對(duì)遺傳多樣性和遺傳變異的影響不會(huì)太大, 但連續(xù)性的瓶頸效應(yīng)卻會(huì)造成遺傳變異的增加和遺傳多樣性的降低(Clegg et al, 2002; Pruett & Winker, 2005)。如果此時(shí)種群的數(shù)量得不到恢復(fù), 由于遺傳漂變, 有可能是種群基因庫(kù)中有益基因的迅速丟失而最終導(dǎo)致物種的滅絕。本研究顯示哲羅魚(yú)野生群體面臨遺傳瓶頸的風(fēng)險(xiǎn), 而且群體之間的基因交流較低, 這與哲羅魚(yú)的資源調(diào)查顯示其資源量呈逐年下降的趨勢(shì)是分不開(kāi)的(Dong et al, 1998a)。Bottleneck的檢測(cè)結(jié)果很可能是近期的有效群體(Ne)減少所帶來(lái)的經(jīng)歷遺傳瓶頸的風(fēng)險(xiǎn)(Cornuet & Luikart, 1996), 特別是近年來(lái)的資源調(diào)查顯示, 在我國(guó)境內(nèi)的內(nèi)河中, 哲羅魚(yú)的繁殖群體幾乎消失, 黑龍江和烏蘇里江干流中的個(gè)體多來(lái)自俄羅斯境內(nèi)的支流 (Yin et al, 2003)，而且本研究顯示呼瑪河作為我國(guó)境內(nèi)為數(shù)不多的尚有哲羅魚(yú)野生群體的內(nèi)河, 其種群多樣性較干流群體低, 如果不及時(shí)加以保護(hù), 其哲羅魚(yú)種群很可能也會(huì)面臨消失的威脅。

Chesser (1991)的社會(huì)模型揭示出通過(guò)保護(hù)現(xiàn)有的繁殖群體來(lái)保持遺傳血統(tǒng)的穩(wěn)定性能夠有效地維持遺傳多樣性。所以，在保護(hù)哲羅魚(yú)的工作中,設(shè)立自然保護(hù)區(qū), 保護(hù)好現(xiàn)有的產(chǎn)卵群體, 對(duì)維持其遺傳基因庫(kù)的豐富程度意義重大。但針對(duì)現(xiàn)在各野生群體間基因交流較少這一問(wèn)題, 特別是對(duì)于呼瑪河群體這樣遺傳豐富度較低的群體, 可以引入與其親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的群體進(jìn)行交配以豐富其后代的遺傳信息量(Clegg et al, 2002; Pruett & Winker, 2005), 從而彌補(bǔ)由于基因漂變導(dǎo)致的遺傳信息的丟失。

本研究利用微衛(wèi)星標(biāo)記研究了9個(gè)野生哲羅魚(yú)群體的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu), 顯示了當(dāng)前黑龍江流域和烏蘇里江流域哲羅魚(yú)群體遺傳現(xiàn)狀。這表明哲羅魚(yú)較低的野生資源量致使哲羅魚(yú)群體內(nèi)近交現(xiàn)象嚴(yán)重, 導(dǎo)致其遺傳多樣性水平有降低的風(fēng)險(xiǎn),各群體經(jīng)歷遺傳瓶頸的風(fēng)險(xiǎn)增大。由于各群體間基因交流較少, 在對(duì)哲羅魚(yú)種質(zhì)資源進(jìn)行保護(hù)時(shí),不僅僅要通過(guò)設(shè)立保護(hù)區(qū)和人工放流等方式增加自然群體數(shù)量, 同時(shí)更需要人為地增加群體間的基因交流, 避免種群遺傳多樣性的下降和消減群體內(nèi)部的近交壓力, 以期能全面的保護(hù)和恢復(fù)哲羅魚(yú)野生資源。

Antoro S, Na-Nakorn U, Koedprang W. 2006. Study of genetic diversity of orange-spotted grouper, Epinephelus coioides, from Thailand and Indonesia using microsatellite markers [J]. Mar Biotechnol,8(1): 1-10.

Bostein D, White R L, Sckolnick M, Davis RW.1980. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms[J]. Am J Hum Genet,32:317-331.

Cornuet JM, Luikart G. 1996. Description and power analysis of two tests for detecting recent population bottlenecks from allele frequency data [J]. Genetics,144(4): 2001-2014.

Chesser RK. 1991. Gene diversity and female philopatry [J]. Genetics,127:437-447.

Clegg SM, Degnan SM, Kikkawa J, Moritz C, Estoup A, Owens IP. 2002. Genetic consequences of sequential founder events by an island-colonizing bird [J]. Proc Natl Acad Sci USA,99:8127-8132.

Dong CZ, Li HM, Zhao CG. 1998a. Study on protective biology of precious Hucho taimen(pallas)Ⅰ: Distribution and Change [J]. Chn J Fish,11(1): 65-70. [董崇智,李懷明,趙春剛. 1998.哲羅魚(yú)分布區(qū)域及其變化.水產(chǎn)學(xué)雜志,11(1):65-70.]

Dong CZ, Li HM, Zhao CG. 1998b. Study on the Protective Biology of Precious Hucho taimen Being in CriticallyⅡ: Properties of Hucho taimen and its Ecology Date [J]. Chn J Fish,11(2): 34-39. [董崇智,李懷明,趙春剛. 1998.哲羅魚(yú)性狀及生態(tài)學(xué)資料.水產(chǎn)學(xué)雜志,11(2): 34-39.]

Froufe E, Sefc K M, Alexandrino P, Weiss S. 2004. Isolation and characterization of brachymystax lenok microsatellite loci and cross-species amplification in hucho spp. and parahucho perryi [J]. Mol Ecol Notes,4(2): 150-152.

Holcik J, Hensel K, Nieslanik J, Skacel L. 1988. The Eurasian Huchen Hucho hucho : Largest Salmon of the World [M]. Hingham: Kluwer Academic Publishers.

Hong X. 2003. The distribution and change of taimen natural resources in Huma Nature Reserve [J]. Heilongjiang Fish, (2):97. [洪興.2003.哲羅魚(yú)在呼瑪河自然保護(hù)區(qū)的分布及變化.黑龍江水產(chǎn), (2):97.]

Jiang ZF, Tang FJ, Yin JS. 2004. The Population Structure and Growth Characteristics of Hucho taimen(Pallas)in the upper Reaches of Wusuli River [J]. J Northeast Univ,33(4), 53-55.[姜作發(fā),唐富江,尹家勝. 2004.烏蘇里江上游虎頭江段哲羅魚(yú)種群結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)特性.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),33(4):53-55.]

Jurg O. 2001. Analysis of Human Genetic Linkage(revised edition) [M]. Baltimore: Johns Hopkins University Press.

Kuang YY, Tong GX, Yin JS, Liang LQ, Sun XW, Ma B. 2007. AFLP analysis of genetic diversity of Hucho taimen in Huma River [J]. J Fish Sci Chn,14(4): 615-621. [匡友誼,佟廣香,尹家勝,梁利群,孫效文,馬波. 2007.呼瑪河哲羅魚(yú)遺傳多樣性的AFLP分析.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué),14(4): 615-621.]

Konovalov DA, Manning C, Henshaw MT. 2004. Kingroup: A program for pedigree relationship reconstruction and kin group assignments using genetic markers [J]. Mol Ecol Notes,4(4): 779-782.

Li SZ, Dai DY, Zhang SY, Ma GZ, He ZW, Gao SD. 1966. Notes on a collection of fishes from north sinkiang, China [J]. Acta Zool Sin,18(1):41-56. [李思忠,戴定遠(yuǎn),張世義,馬桂珍,何振威,高順典. 1966.新疆北部魚(yú)類的調(diào)查.動(dòng)物學(xué)報(bào),18(1): 41-56.]

Le PQ, Chen YY .1998. The Endangered Species of Fishes in China [M]. Beijing: Science Press. [樂(lè)佩琦,陳宜瑜. 1988.中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書(shū)(魚(yú)類).北京：科學(xué)出版社.]

Liang LQ, Chang YM, Dong CZ, Sun XW. 2004. Genetic analysis for Hucho taimen in Wusuli River with microsatellites [J]. J Fish Chn,28(3): 241-244( in Chinese with English abstract) [梁利群,常玉梅,董崇智,孫效文. 2004.微衛(wèi)星DNA標(biāo)記對(duì)烏蘇里江哲羅魚(yú)遺傳多樣性的分析.水產(chǎn)學(xué)報(bào),28(3): 241-244.]

M Hatakeyama, T Watanabe, M Ikeda, M nakajima, H Kawamula, N Taniguchi. 2005. Isolation and characterization of microsatellite DNA loci for endangered fish, Japanese huchen (Hucho perryi) [J]. Mol Ecol Notes,5(4): 893-895.

Nei M, Maruyama T, Chakraborty R. 1975. The bottleneck effect and genetic variability in populations [J]. Evolution, 29:1-10.

Palstra FP, O'Connell MF, Ruzzante DE. 2007. Population structure and gene flow reversals in atlantic salmon (Salmo salar) over contemporary and long-term temporal scales: Effects of population size and life history [J]. Mol Ecol,16(21):4504-4522.

Plosky Y, Cahner A, Haberfeld A. 1993. DNA Fingerprint bands applied to linkage analysis with quantitative trait loci in chickens [J]. Ann Genet,24:105-110.

Pruett CL, Winker K. 2005. Northwestern song sparrow populations show genetic effects of sequential colonization [J]. Mol Ecol,14:1421-1434.

Ren ML, Guo Y, Zhang XS. 2002. Irtysh River fish and fisheries in China [M]. Urumqi: Xinjiang Science and Technology Health Press. [任慕蓮,郭焱,張秀善. 2002.中國(guó)額爾齊斯河魚(yú)類資源及漁業(yè).烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社.]

Robin SW. 2006. A bias correction for estimates of effective population size based on linkage disequilibrium at unlinked gene loci [J]. Conserv Genet,7(2): 167-184.

Slatkin M. 1987. Gene flow and the geographic structure of natural populations [J]. Science, 236:787-792.

Tong GX, Kuang YY, Yin JS. 2009. AFLP analysis of genetic diversity of taimen (Hucho taimen) in wild populations [J]. J Fish Sci Chn,16(6): 833-841. [佟廣香,匡友誼,尹家勝.2009.野生哲羅魚(yú)種質(zhì)資源遺傳多樣性的AFLP分析.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué),16(6):833-841.]

Tong GX, Lu CY, Kuang YY. 2006a. Construction and identification on enriched microsatellite library from Hucho taimen Pallas genome [J]. J Fish Sci Chn,13(2), 181-186. [佟廣香,魯翠云,匡友誼. 2006.哲羅魚(yú)基因組微衛(wèi)星富集文庫(kù)的構(gòu)建與分析.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué),13(2): 181-186.]

Tong GX, Kuang YY, Yin JS. 2006b. Isolation of microsatellite DNA and analysis on genetic diversity of endangered fish, Hucho taimen (Pallas) [J]. Mol Ecol Notes,6(4): 1099-1101.

Waples, Robin SW, Chi Do. 2008. Ldne: a program for estimating effective population size from data on linkage disequilibrium [J]. Mol Ecol Res,8(4): 753-756.

Wright S. 1978. Evolution and the Genetics of Populations [M]. Chicago: The University of Chicago Press.

Yin JS, Xu W, Cao DC. 2003. Age structure, sex ratio and growth of the Taimen (Hucho taimen) in Wusuli River [J]. Acta Zool Sin,49(5): 687-692. [尹家勝，徐偉，曹頂臣. 2003.烏蘇里江哲羅鮭的年齡結(jié)構(gòu)性比和生長(zhǎng).動(dòng)物學(xué)報(bào),49(5), 687-692.]

Yan LN, Zhang DX. 2004. Effects of sample size on various genetic diversity measures in population genetic study with microsatellite DNA markers [J]. Acta Zool Sin,50(2): 279- 290. [閆路娜,張德興. 2004.種群微衛(wèi)星DNA分析中樣本量對(duì)各種遺傳多樣性度量指標(biāo)的影響.動(dòng)物學(xué)報(bào),50(2):279- 290.]

Zhang CL, Tong GX, Kuang YY, Zhang C, Yin JS. 2010. Applicability of Microsatellite DNA Markers to the Parental Identification of Hucho taimen (Pallas) [J]. Zool Res,31(4):395-400. [張春雷,佟廣香,匡友誼,張超,尹家勝. 2010.哲羅魚(yú)微衛(wèi)星親子鑒定的應(yīng)用.動(dòng)物學(xué)研究，31(4):395-400. ]

Analysis of genetic diversity on 9 wild stocks of Taimen (Hucho taimen) by microsatellite markers

LIU Bo1,2, KUANG You-Yi1, TONG Guang-Xiang1, YIN Jia-Sheng1,*
(1. Heilongjiang River Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Harbin 150070, China
2. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

Taimen (Hucho taimen) is a native fish species in China and it is in the state of endangerment. To explain clearly the genetic diversity and genetic structure, 9 wild populations of taimen were investigated using 20 microsatellite markers. The results showed that their observed heterozygosity ranged from 0.0994 to 0.8882, the expected heterozygosity varied from 0.2005 to 0.8759, and the range of PIC index was from 0.3432 to 0.5261 while population from Huma River had low genetic diversity.Fst of matching group ranged from 0.0246 to 0.2333 (P＜0.0001)andNm varied among 0.8216 to 9.9292, which indicated that the genetic differentiation was remarkable among populations.The half/full-sib family tests detected a proportion of half/full-sib family groups varying among 27.78% to 90.91%, showing a high inbred pressure and a risk of bottlenecks experienced by most groups. The AMOVA results showed that the globalFst was 0.1081; the clustering result showed that individuals from Beiji tributary of Heilongjiang River clustered as one clade, all individuals from Huma River and Wusuli River clustered as one clade and all individuals from the upper reaches of the Heilongjiang River clustered as another clade. All these results indicated that the decrease of taimen resource has affected the gene exchange among their populations. In order to achieve full protection of taimen germplasm resources, we should put an end to the destructive fishing for taimen and promotegene exchange among their populations.

Hucho taimen; Microsatellite; Genetic diversity; Genetic structure

Q959.499; Q347; Q31; Q16

A

0254-5853-(2011)06-0597-08

2011-06-17；接受日期：2011-10-17

公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201003055)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2008HSYZX-SJ-08)

?通訊作者(Corresponding author), E-mail: xwsc20@tom.com

10.3724/SP.J.1141.2011.06597

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