劉 博, 邵艷卿, 王 侃, 滕爽爽, 柴雪良, 方 軍, 張炯明, 肖國強

(浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所 浙江省近岸水域生物資源開發(fā)與保護重點實驗室, 浙江 溫州325001)

縊蟶(Sinonovacula ConstrictaLamarck)俗稱蟶子, 屬軟體動物門(Mollusca), 瓣鰓綱(Lamellibranchia)竹蟶科(solenidae)縊蟶屬(sinonovacula)貝類?？O蟶為廣溫廣鹽性海產(chǎn)雙殼類, 具有重要的經(jīng)濟價值, 是我國四大養(yǎng)殖貝類之一?？O蟶養(yǎng)殖歷史悠久,過去主要集中在福建和浙江一帶, 隨著縊蟶養(yǎng)殖業(yè)的不斷擴展, 山東、天津沿海地區(qū)開始從福建、浙江等地區(qū)引進苗種。浙江沿海為了能提早出苗, 每年9月份也大量從廣東湛江和福建云霄等地購買親貝催產(chǎn)育苗。無序的養(yǎng)殖、盲目引種、移養(yǎng)等使溢蟶種質(zhì)資源混淆不清。因此, 分析不同地理群體遺傳結(jié)構(gòu)及種群間關(guān)系, 對縊蟶種質(zhì)資源合理保護、開發(fā)和利用具有重要指導(dǎo)意義。

微衛(wèi)星標(biāo)記(SSR)與其他分子標(biāo)記相比, 具有多態(tài)性高、多等位性、共顯性、可重復(fù)性高、數(shù)量豐富和對基因組有很好的覆蓋性等特點[1], 被廣泛的用于種質(zhì)資源及品種(系)鑒定、遺傳結(jié)構(gòu)分析、分子標(biāo)記輔助選擇等多方面的研究[2]。微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)在太平洋牡蠣(Crassosttea Gigas)[3]、蝦夷扇貝[4-5]、文蛤[6-8]、皺紋盤鮑(Haliotis discushanna)[9]等已有報道, 關(guān)于縊蟶在遺傳多樣性和遺傳分化的研究已有線粒體COⅠ標(biāo)記法, RAPD和同工酶標(biāo)記等[10-12]; 目前, 縊蟶微衛(wèi)星方面的研究僅局限在標(biāo)記開發(fā)[13,14]和單一養(yǎng)殖群體的遺傳多樣性分析[15], 而關(guān)于用微衛(wèi)星標(biāo)記分析不同地理居群縊蟶遺傳多樣的報道至今還沒有,本文首次利用SSR標(biāo)記分析了4個縊蟶居群的遺傳結(jié)構(gòu), 在分子水平上探討了處于不同地理區(qū)域的縊蟶群體遺傳多樣性差異和遺傳分化水平, 為其種質(zhì)資源管理和遺傳育種工作提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用4個縊蟶養(yǎng)殖群體, 于2011年9月分別采自福建云霄、廣東湛江、天津塘沽及浙江樂清灣, 各群體隨機取樣30顆, 活體解剖取其水管、斧足放入無水乙醇固定保存, 帶回實驗室備用。

1.2 DNA提取

基因組 DNA的提取采用常規(guī)的蛋白酶K消化,苯酚、氯仿/異戊醇抽提, 無水乙醇沉淀的方法, 提取縊蟶肌肉組織的基因組 DNA, 用 TE緩沖液稀釋至終濃度100 ng/μL用于實驗分析。

1.3 PCR擴增及產(chǎn)物檢測

微衛(wèi)星位點的引物來自己發(fā)表的12對縊蟶引物序列(見表 1)[15]。PCR 反應(yīng)體系為 15 μL, 包括 10×PCR buffer 1.5 μL, 25 mmol/L Mg2+1.5 μL, 2.5 mmol/L dNTP 1.2 μL, 10 μmol/L 上下游引物各 1.5 μL, Taq 酶(5U)0.075 μL, DNA 模板1.5 μL, 加滅菌雙蒸水至15 μL。

PCR反應(yīng)程序為: 94℃條件下變性5 min后, 進入30個PCR循環(huán): 在94℃下變性30 s, 復(fù)性(溫度見表1)30 s, 72 ℃下延伸45 s, 再最后72 ℃下延伸7 min,并將產(chǎn)物于4℃下保存。擴增產(chǎn)物用1.5%瓊脂糖凝膠檢測, 鑒定有擴增產(chǎn)物后再用8%的變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測, 銀染。

表1 12個多態(tài)微衛(wèi)星引物序列Tab. 1 Primers sequences for the 12 polymorphic loci

1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)電泳圖譜, 并參照引物設(shè)計時預(yù)期片段的大小統(tǒng)計條帶, 應(yīng)用 POPGENE32軟件計算微衛(wèi)星引物的期望雜合度(Expected heterozygosity,He)、觀測雜合度(Ho)、哈代-溫伯格平衡值(Hardy-Weinberg equilibrium,HWE)、FST、FIS及FIT等參數(shù)。根據(jù)遺傳距離利用 MEGA4.0軟件構(gòu)建 UPGMA系統(tǒng)進化樹。多態(tài)信息含量(Polymorphic information content,PIC)的計算公式如下:

其中,Pi,Pj是某個位點第i、j個等位基因的基因頻率,n為某個位點上的等位基因數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 四個縊蟶群體的微衛(wèi)星等位基因及多樣性分析

12對引物共檢測出 46個等位基因, 其中YC30位點等位基因數(shù)目最多為12個, 表現(xiàn)為高度多態(tài); 每個位點等位基因數(shù)從2～12個不等, 平均每個位點觀測等位基因數(shù)目為 3.83; 有效等位基因數(shù)從位點 YC8的 1.65到位點 YC30的 9.75, 平均有效等位基因數(shù)為3.03; 擴增片段長度在130～180 bp之間。

2.2 四個縊蟶群體內(nèi)遺傳變異

4個縊蟶群體的等位基因數(shù)(Ao)、有效等位基因數(shù)(Ae)、觀測雜合度(Ho)、期望雜合度(He)、多態(tài)信息含量(PIC)及 Hardy-Weinberg檢驗結(jié)果見表 2。4個縊蟶群體的遺傳差異較小, 平均等位基因數(shù)Ao在3.25～3.50, 有效等位基因數(shù)Ae在 2.57～2.69, 等位基因數(shù)最低的是天津縊蟶群體, 最高的是福建縊蟶群體, 平均值為 2.69。平均多態(tài)信息含量(PIC)在0.46～0.50之間, 以福建群體最高為0.50。群體觀測雜合度Ho在 0.59～0.74之間, 最高的為天津群體,最低的為福建群體; 而4個群體的期望雜合度(He)差異不大, 在 0.55～0.58之間, 最高的是福建群體為0.58。Hardy- Weinberg平衡檢驗表明, 除福建云霄群體有4個位點偏離平衡外, 廣東湛江群體、天津塘沽群體和浙江樂清灣群體中的大部分微衛(wèi)星位點都偏離了Hardy- Weinberg平衡(表2)。

表2 12個微衛(wèi)星位點在4個縊蟶群體中的遺傳多樣性及Hardy-Weinberg平衡檢驗Tab. 2 Genetic diversity and Hardy-Weinberg in four strains of S. constricta for the 12 polymorphic loci

2.3 不同縊蟶群體間遺傳分化

應(yīng)用Popgene32軟件對4個縊蟶群體進行了F-統(tǒng)計量及基因流分析, 結(jié)果見表3。由表3可知, 4個縊蟶群體僅有 3個位點 YC8、YC12和 YC30的F-統(tǒng)計量為正值, 其余9個位點均為負值,Fis平均值為-0.21,Fit平均值為-0.31; 度量群體間遺傳差異程度的Fst平均值為0.07。遺傳分化系數(shù)(Fst)和基因流(Nm)分析不同群體的遺傳分化情況, 發(fā)現(xiàn)縊蟶群體除了YC11、YC20、YC27與YC30等4個基因座固定指數(shù)小于0.05, 其余均大于種間無遺傳分化的標(biāo)準(zhǔn)(Fst=0～0.05)[16], 基因流Nm平均值為3.33。

利用 MEGA4分析軟件, 采用非加權(quán)的組平均法(UPGMA)對 4個群體進行聚類分析, 獲得聚類樹系圖(圖1), 4個縊蟶群體之間的Nei’s遺傳距離和遺傳相似度見表 4。4個縊蟶群體共分為 2大支系:浙江樂清灣群體和天津塘沽群體之間的遺傳距離最小為 0.0344, 聚為第一支; 福建云霄群體和廣東湛江群體之間的遺傳距離為0.103, 聚為第二支。

表3 12個微衛(wèi)星位點的固定指數(shù)及基因流Tab. 3 Fixation index and gene flow of 12 polymorphic loci

表4 Nei遺傳相似度和遺傳距離Tab. 4 Nei genetic similarity and genetic distance

圖1 根據(jù)群體間遺傳距離用UPGMA法構(gòu)建了4個泥蚶群體的系統(tǒng)進化樹Fig. 1 Phylogenetic tree based on genetic distance of 4 four strains of S. constricta by UPGMA assay

3 討論

3.1 縊蟶群體內(nèi)遺傳多樣性

依據(jù)PIC判斷標(biāo)準(zhǔn):PIC＜0.25為低度多態(tài), 0.25≤PIC＜0.5為中度多態(tài),PIC≥0.5為高度多態(tài)[17], 可以看出本研究的 4個縊蟶群體的平均多態(tài)信息含量(PIC)基本一致在 0.46～0.50之間, 相差無幾且接近于0.5, 表明4個縊蟶群體的遺傳多樣性處于中等偏上水平, 4個群體未出現(xiàn)明顯的種質(zhì)退化。

李成華等[18]和王冬群等[12]分別利用RAPD技術(shù)和同工酶技術(shù)分析了不同地理群體的野生縊蟶群體和養(yǎng)殖群體的遺傳多樣性, 野生群體的遺傳多樣性略高于養(yǎng)殖群體, 但與本實驗相比, 以上各群體的遺傳多樣性明顯低于本研究中 4個群體的, 分析原因主要與各實驗采用的標(biāo)記類型不同有關(guān)。顯性標(biāo)記RAPD與共顯性標(biāo)記SSR相比, 其無法區(qū)分顯性純合子和雜合子, 其多態(tài)信息含量僅是 SSR的 1/2;而 England等[19]通過對同工酶和微衛(wèi)星標(biāo)記多態(tài)性的比較發(fā)現(xiàn), 同一群體的微衛(wèi)星位點等位基因數(shù)為5.2個, 同工酶為 3.0個, 因此不同類型標(biāo)記影響了對群體遺傳多樣性的分析。本研究中以天津群體的觀測雜合度最高, 但從 4個縊蟶群體的平均等觀測位基因數(shù)Ao來看, 天津群體的平均值最低為 3.25,等位基因數(shù)目最少, 基因型單一, 原因可能是這些基因型對環(huán)境的適應(yīng)度較高, 經(jīng)歷了長時間的遺傳漂變和適應(yīng)性選擇逐漸呈現(xiàn)出了高的基因頻率, 進而產(chǎn)生了與其他地區(qū)群體不同的遺傳結(jié)構(gòu)[20]。

3.2 縊蟶群體間的遺傳分化

群體Fst值在 0～0.05之間, 則表明其各亞群間不存在分化; 若Fst值在 0.05～0.15之間, 為中度分化; 若Fst值在 0.15～0.25之間, 則為高度分化。本研究結(jié)果群體間遺傳差異程度的Fst=0.07, 表明4個縊蟶群體間的遺傳變異為 7.0%, 而 93.0%為群體內(nèi)的遺傳變異, 兩者比例懸殊, 說明所選4個縊蟶群體間的變異絕大部分來自群體內(nèi), 群體間的遺傳分化程度不高, 而且這種差別也未影響到遺傳水平。

固定指數(shù)Fis是檢驗群體雜合子缺失或過剩的指標(biāo),群體內(nèi)固定指數(shù)Fis＞0時, 表示品系內(nèi)存在較嚴重的近交現(xiàn)象, 導(dǎo)致雜合子缺失;Fis＜0時, 存在遠交現(xiàn)象, 有雜合子過剩。本研究中發(fā)現(xiàn)12個位點中有9個位點存在雜合子過剩現(xiàn)象, 并且平均Fis=-0.21, 表示群體內(nèi)并無明顯的近交現(xiàn)象。一般認為雜合子過剩情況多的出現(xiàn)在研究對象為相對小的群體或者封閉群體, 如養(yǎng)殖群體中的子代群體往往由于親本數(shù)量所限, 奠基者效應(yīng)(Founder effect)會導(dǎo)致連鎖不平衡現(xiàn)象, 繼而造成雜合子過剩。分析本實驗所出現(xiàn)的雜合子過剩的現(xiàn)象,可能與實驗的樣本量較小有關(guān)系。

當(dāng)雜合子嚴重過剩即Fis明顯偏離0時, 往往會引起群體顯著地偏離Hardy-Weinberg平衡。本次研究中福建云霄群體、廣東湛江群體、天津塘沽群體和浙江樂清灣群體的12個微衛(wèi)星位點中分別有4、7、7和8個位點偏離了Hardy-Weinberg平衡。這種現(xiàn)象在其他海水貝類, 如類海灣扇貝[21]、櫛孔扇貝[22]中也普遍存在。本研究中的4個縊蟶群體均處于不平衡狀態(tài), 這可能與群體間的無序養(yǎng)殖、遷移有關(guān)。浙江樂清灣是一個相對封閉的海灣, 但近年來人工育苗中, 為了提早培育出苗, 每年9至10月份都會從廣東、福建等地大量采購親貝進行人工繁殖, 而培育出的苗種除部分在本地中培和養(yǎng)殖外, 其余的又重新銷往福建、廣東、天津、遼寧等地, 因此遷移造成了對基因型的影響, 可能是導(dǎo)致這種不平衡的主要原因。

3.3 縊蟶群體間遺傳距離與系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系

遺傳距離是研究物種遺傳多樣性的基礎(chǔ), Crawford等[23]指出由微衛(wèi)星得出的遺傳距離更能反映分化時間的長短, 能客觀地反映品種間的遺傳變異和分化。本研究中, 浙江樂清灣群體和天津塘沽群體之間的遺傳距離最小為 0.0344, 聚為第一支; 福建云霄群體和廣東湛江群體之間的遺傳距離為 0.103, 聚為第二支。聚類結(jié)果與牛東紅[24]利用ISSR標(biāo)記對6個野生縊蟶群體的聚類結(jié)果差異較大, 并未表現(xiàn)出遺傳距離和地理距離之間的正相關(guān)。出現(xiàn)這種情況可能與近年來縊蟶無序養(yǎng)殖有關(guān), 福建、廣東、浙江等沿海存在相互間盲目引種和移養(yǎng)的現(xiàn)象, 造成縊蟶資源混亂并使本土自然資源混淆不清, 目前已經(jīng)很難找到未受人為因素干擾的野生縊蟶群體了。另外, 聚類結(jié)果的差異, 也可能與采用的分子標(biāo)記類型不同有關(guān)。

3.4 縊蟶種質(zhì)資源的保護與開發(fā)策略

由于本研究中的 4個群體均來源自當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)殖群體, 可能已經(jīng)受到了外來縊蟶群體的污染, 不能充分代表當(dāng)?shù)匾吧O蟶種質(zhì)資源狀況, 因此建議在做好對當(dāng)?shù)卦家吧O蟶資源收集的情況下, 利用不同分子標(biāo)記技術(shù)分析各地野生縊蟶原種間及野生原種和人工養(yǎng)殖群體的遺傳差異, 根據(jù)主要遺傳差異來源的不同(群體間還是群體內(nèi)), 制定合理的保種策略。

針對本研究 4個縊蟶群體的變異絕大部分來自群體內(nèi), 群體間的遺傳分化程度不高的情況, 筆者認為可以采取如下保種和開發(fā)的措施: (1)采取原位保存的措施, 通過建立原種場和自然保護區(qū)等方法加強野生原種的保護, 避免外來縊蟶群體對原種的污染。(2)由于4個群體的遺傳變異主要來自群體內(nèi),說明合理有序的引種不會帶來不利的遺傳效應(yīng)[25],因此, 在正確收集和保護好野生原種的基礎(chǔ)上, 可以適當(dāng)引進其他地理群體的優(yōu)質(zhì)縊蟶種質(zhì)來提高當(dāng)?shù)胤N質(zhì)資源的生產(chǎn)率。

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