李大命 唐晟凱 劉燕山 谷先坤 劉小維 殷稼雯 張彤晴 潘建林

江蘇省4個(gè)太湖新銀魚(yú)種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)分析*

李大命 唐晟凱 劉燕山 谷先坤 劉小維 殷稼雯 張彤晴①潘建林①

(江蘇省淡水水產(chǎn)研究所 江蘇省內(nèi)陸水域漁業(yè)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210017)

太湖新銀魚(yú)()是我國(guó)特有的銀魚(yú)種類(lèi)，主要分布在長(zhǎng)江和淮河中下游及其附屬湖泊，近年來(lái)其資源量呈明顯下降趨勢(shì)。為了解太湖新銀魚(yú)遺傳背景，本研究采用線粒體細(xì)胞色素b (Cytochrome b,b)基因序列，分析了江蘇省太湖、高郵湖、洪澤湖和駱馬湖4個(gè)太湖新銀魚(yú)野生群體共144尾樣本的遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，太湖新銀魚(yú)b基因序列共發(fā)現(xiàn)29個(gè)變異位點(diǎn)，定義25個(gè)單倍型；平均單倍型多樣性(d)為0.682±0.037，核苷酸多樣性()為0.00231±0.00021；4個(gè)群體中，高郵湖群體的遺傳多樣性最高(d: 0.609±0.078;: 0.00094± 0.00027)，太湖群體的遺傳多樣性最低(d: 0.343±0.107;: 0.00075±0.00033)。分子方差分析(AMOVA)顯示，太湖新銀魚(yú)群體間遺傳差異(71.53%)大于群體內(nèi)遺傳差異(28.47%)，遺傳變異主要來(lái)自于群體間。遺傳分化指數(shù)st值統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，駱馬湖群體與太湖、高郵湖和洪澤湖群體之間有顯著性差異。分子系統(tǒng)樹(shù)和單倍型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化圖分析顯示，25個(gè)單倍型形成2個(gè)明顯的地理分支，一支由太湖群體、高郵湖群體和洪澤湖群體組成，另一支由駱馬湖群體組成。中性檢驗(yàn)和錯(cuò)配分布圖分析表明，太湖新銀魚(yú)歷史上發(fā)生過(guò)群體擴(kuò)張。整體來(lái)看，太湖新銀魚(yú)野生種群遺傳多樣性較低，應(yīng)加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)。建議將太湖、高郵湖群體和洪澤湖群體作為整體進(jìn)行管理和保護(hù)，駱馬湖群體單獨(dú)管理和保護(hù)。

太湖新銀魚(yú)；細(xì)胞色素b；遺傳多樣性；遺傳結(jié)構(gòu)

太湖新銀魚(yú)(Chen, 1956)屬于鮭形目(Salmoniformes)、銀魚(yú)科(Salangidae)的新銀魚(yú)屬，主要分布在黃河、淮河和長(zhǎng)江中下游及其附屬湖泊，是我國(guó)特有的銀魚(yú)種類(lèi)，營(yíng)養(yǎng)豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高(解玉浩等, 1997; 倪勇等, 2006)。太湖新銀魚(yú)為一年生小型魚(yú)類(lèi)，生長(zhǎng)速度快、世代離散，對(duì)環(huán)境變化比較敏感，種群易于波動(dòng)(王忠鎖等, 2002)。近年來(lái)，受?chē)焯?、過(guò)度捕撈、環(huán)境污染和生境破碎化等多種不利因素的影響，我國(guó)的銀魚(yú)天然資源急劇衰減，分化范圍顯著縮小，個(gè)別物種漸危，銀魚(yú)資源的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅(王忠鎖等, 2002)。

遺傳多樣性是物種生存與進(jìn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，開(kāi)展魚(yú)類(lèi)遺傳多樣性研究可以為種質(zhì)資源保護(hù)和遺傳育種提供重要參考(Ward, 2000)。魚(yú)類(lèi)線粒體DNA (Mitochondrial DNA, mtDNA)具有分子小、母系遺傳、進(jìn)化速率快等特點(diǎn)，是魚(yú)類(lèi)分子系統(tǒng)學(xué)和群體遺傳結(jié)構(gòu)研究的理想分子標(biāo)記(Xiao, 2000)。細(xì)胞色素b (Cytochrome b,b)基因是mtDNA的13個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因之一，其結(jié)構(gòu)和功能最為清晰，且其進(jìn)化速度適中，被廣泛運(yùn)用于魚(yú)類(lèi)遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)研究(張東亞等, 2009; 李大命等, 2015; 藍(lán)昭軍等, 2016; 張爭(zhēng)世等, 2017; 周華興等, 2019)。

目前，太湖新銀魚(yú)有關(guān)研究主要在營(yíng)養(yǎng)(林偉信, 1992)、基礎(chǔ)生物學(xué)(徐桂珍等, 1998)、種群生態(tài)(趙麗爽等, 2018)、生殖發(fā)育(楊戰(zhàn)偉等, 2012)及移植引種(林炯等, 1998)等方面，而在分子生物學(xué)方面的研究較少。張際峰等(2008)測(cè)定了大銀魚(yú)()和太湖新銀魚(yú)線粒體COⅡ及tRNA基因序列并分析了其親緣關(guān)系。趙亮等(2010)研究了太湖新銀魚(yú)線粒體D-loop和b片段序列結(jié)構(gòu)，并比較了二者的進(jìn)化速率。王維維等(2013)對(duì)太湖新銀魚(yú)b基因PCR擴(kuò)增條件進(jìn)行了優(yōu)化研究。另外，已有研究者利用多種分子標(biāo)記技術(shù)研究太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性，比如同工酶(張穎等, 2005)、RAPD(夏德全等, 2007)、AFLP (Kim, 2007)及線粒體b(Zhao, 2008; 羅宏偉等, 2009)和Ⅰ(張迪等, 2012)等，但對(duì)太湖新銀魚(yú)種群遺傳結(jié)構(gòu)和地理分布格局的研究尚顯不足。本研究采集江蘇省太湖、高郵湖、洪澤湖和駱馬湖4個(gè)湖泊太湖新銀魚(yú)樣本，通過(guò)擴(kuò)增和測(cè)定b基因序列，分析太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)，以期為管理、保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用太湖新銀魚(yú)種質(zhì)資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

2018年8~12月采集太湖、高郵湖、洪澤湖和駱馬湖的太湖新銀魚(yú)野生群體，其中，太湖群體32尾，高郵湖群體40尾，洪澤湖群體37尾，駱馬湖群體35尾，共144尾樣本。從每尾樣本剪取肌肉組織，放入1.5 ml離心管中，加入適量的無(wú)水乙醇保存，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

1.2 DNA提取、PCR擴(kuò)增與測(cè)序

采用TaKaRa公司的廣譜性基因組DNA提取試劑盒，提取太湖新銀魚(yú)基因組DNA，將DNA溶于TE溶液中，操作步驟參照試劑盒說(shuō)明書(shū)。采用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)所提取DNA的完整性，用核酸蛋白定量?jī)x檢測(cè)其濃度。

擴(kuò)增b序列的正向引物為L(zhǎng)14321 (5′-CCA GTGACTTGAAAAACCACCG-3′)，反向引物為H15634(5′-CTTAGCTTTGGGAGTTAAGGGT-3′) (Zhang,2007)。PCR擴(kuò)增體系為50 μl：Premix25 μl，上下游引物各2 μl (10 μmol/L)，DNA模板2 μl (40 ng/μl)，用ddH2O補(bǔ)足至50 μl。PCR擴(kuò)增條件：94℃預(yù)變性3 min；94℃變性30 s，55℃退火40 s，72℃延伸90 s，30個(gè)循環(huán)；最后，72℃延伸10 min。用1.5%的瓊脂糖凝膠檢測(cè)PCR產(chǎn)物，凝膠成像系統(tǒng)拍照。PCR產(chǎn)物送往生工生物工程(上海)股份有限公司進(jìn)行雙向測(cè)序，測(cè)序采用與PCR反應(yīng)相同的引物。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用BioEdit 7.0軟件(Hall, 1999)和ClustalX 1.81軟件(Thompson, 1997)對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行編輯和同源比對(duì)。使用DnaSP 5.0軟件(Liorado, 2009)統(tǒng)計(jì)核苷酸變異位點(diǎn)、單倍型數(shù)目、單倍型多樣性(d)和核苷酸多樣性()。

利用MEGA 7.0軟件(Kumar, 2016)統(tǒng)計(jì)序列的堿基組成，計(jì)算群體間的Kimura雙參數(shù)模型(K2P)遺傳距離，并構(gòu)建單倍型建鄰接(Neighbor-Joinning, NJ)進(jìn)化樹(shù)。同時(shí)采用Network 4.6.1.0軟件(Bandelt, 1999)構(gòu)建單倍型的簡(jiǎn)約中介(Reduced-Median, MJ)網(wǎng)絡(luò)圖，用以檢測(cè)單倍型之間的進(jìn)化關(guān)系。

使用Arlequin3.1軟件(Excoffier, 2010)計(jì)算兩兩群體間的遺傳分化指數(shù)st，采用AMOVA分析檢驗(yàn)群體遺傳結(jié)構(gòu)，通過(guò)1000次重抽樣來(lái)檢驗(yàn)st值的顯著性。通過(guò)Tajima’s檢驗(yàn)(Hickerson, 2007)、Fu’ss檢驗(yàn)(Fu, 1997)和核苷酸不配對(duì)分布(Mismatch distributions)分析來(lái)檢驗(yàn)太湖新銀魚(yú)群體的歷史動(dòng)態(tài)，以確定是否存在瓶頸效應(yīng)或群體擴(kuò)張。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cyt b基因序列變異

測(cè)序得到144尾太湖新銀魚(yú)的b基因全序列，序列長(zhǎng)度為1141 bp。144條序列中共檢測(cè)到29個(gè)變異位點(diǎn)，總變異率為2.54%。其中，單一信息位點(diǎn)有14個(gè)，簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)15個(gè)。變異均為轉(zhuǎn)換或顛換，轉(zhuǎn)換與顛換的比值為4.6，無(wú)插入或缺失位點(diǎn)。4個(gè)群體所有個(gè)體序列中的A、C、T和G組成比例為21.1%、33.5%、28.0%和17.4%，其中，堿基G的含量明顯低于其他3種堿基含量，表現(xiàn)出很強(qiáng)的堿基組成偏向性。

2.2 太湖新銀魚(yú)群體遺傳多樣性

基于b的太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。144尾樣本共定義了25個(gè)單倍型(H1~H25)，高郵湖群體擁有最多的單倍型數(shù)(9個(gè)單倍型)，駱馬湖群體次之(7個(gè)單倍型)，太湖和洪澤湖群體擁有的單倍型數(shù)相同(均有6個(gè)單倍型)。其中，單倍型H3分布于太湖、高郵湖和駱馬湖群體，包含76個(gè)個(gè)體，是數(shù)量最多的單倍型。單倍型H7和H9由高郵湖和洪澤湖群體共享，分別包含2和14個(gè)個(gè)體。單倍型H4和H5為太湖群體特有，單倍型H1、H6、H12、H14、H21和H22為高郵湖群體特有，單倍型H2、H10和H13為洪澤湖群體特有，單倍型H16~H20和H24~H25為駱馬湖群體特有。

4個(gè)群體的單倍型多樣性(d)為0.343±0.107~ 0.609±0.078，核苷酸多樣性()為0.00057±0.00016~ 0.00094±0.00027。其中，高郵湖群體的遺傳多樣性最豐富，太湖群體的遺傳多樣性最低，但均表現(xiàn)出較低的遺傳多樣性水平。整體來(lái)看，太湖新銀魚(yú)群體總的單倍型多樣性為0.682±0.037，核苷酸多樣性為0.00231±0.00021。

2.3 太湖新銀魚(yú)群體遺傳結(jié)構(gòu)

采用Mega 7.0軟件計(jì)算太湖新銀魚(yú)群體內(nèi)和群體間的遺傳距離，結(jié)果見(jiàn)表2。太湖、高郵湖和洪澤湖群體間的遺傳距離均為0.001，與駱馬湖群體間的遺傳距離均為0.005。

太湖新銀魚(yú)群體分子方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。結(jié)果顯示，群體間分子變異占71.53%，群體內(nèi)分子變異占28.47%，分子變異主要發(fā)生在群體間。群體間的遺傳分化指數(shù)Ft=0.71531，且統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)具有極顯著性(=0.0000)，說(shuō)明群體間出現(xiàn)了顯著的遺傳分化。進(jìn)一步比較兩兩群體間的遺傳分化指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2。太湖、高郵湖和洪澤湖群體間的遺傳分化指數(shù)較小，且統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)均不顯著(>0.05)，與駱馬湖群體間的遺傳分化指數(shù)較大，且統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)均極顯著(<0.01)。

2.4 太湖新銀魚(yú)分子系統(tǒng)發(fā)育

為更好地了解太湖新銀魚(yú)各種群之間的親緣關(guān)系，以近緣物種大銀魚(yú)為外類(lèi)群，采用鄰接法對(duì) 25個(gè)單倍型進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，構(gòu)建分子系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(圖1)。從圖1可以看出，4個(gè)太湖新銀魚(yú)群體具有明顯的地理遺傳結(jié)構(gòu)，形成2個(gè)分支：?jiǎn)伪缎虷1~H14和H21~H23聚為一支，由太湖、高郵湖和洪澤湖群體的個(gè)體組成；單倍型H15~H20和H24~H25聚為一支，由駱馬湖群體的個(gè)體組成。

采用Network構(gòu)建的單倍型最小網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化圖顯示(圖2)，整個(gè)進(jìn)化圖呈星狀，單倍型H3位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的中央。25個(gè)單倍型按其所處地理位置演化為兩支，一支是由太湖、高郵湖和洪澤湖群體的單倍型組成，另一支由駱馬湖群體獨(dú)有的單倍型組成。網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)一步支持了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的分析結(jié)果，4個(gè)湖泊太湖新銀魚(yú)群體形成2個(gè)進(jìn)化單元，且2個(gè)單元間缺乏基因交流。

2.5 群體歷史動(dòng)態(tài)分析

對(duì)4個(gè)太湖新銀魚(yú)所有個(gè)體進(jìn)行中性檢驗(yàn)(表4)和歧點(diǎn)分布圖分析(圖3)。結(jié)果顯示，中性檢測(cè)Fu’ss及Tajima’s的值均為負(fù)值，且檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果均具有顯著性差異(<0.05)，同時(shí)，歧點(diǎn)分布圖呈單峰形，表明4個(gè)太湖新銀魚(yú)野生群體在進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)種群擴(kuò)張。

表1 太湖新銀魚(yú)群體的遺傳多樣性

Tab.1 Genetic diversity parameters of four N. taihuensis populations

注: TH: 太湖; GY: 高郵湖; HZ: 洪澤湖; LM: 駱馬湖。下同

Note: TH: Tai Lake; GY: Gaoyou Lake; HZ: Hongze Lake; LM: Luoma Lake. The same as below

表2 太湖新銀魚(yú)b群體間的遺傳分化指數(shù)(st)(對(duì)角線上方)和群體間的遺傳距離(對(duì)角線下方)

Tab.2 The fixation index (above diagonal) and genetic distance (below diagonal) among populations of N.taihuensis

*:<0.05, **:<0.01, ***:<0.001

表3 太湖新銀魚(yú)群體分子方差分析結(jié)果

Tab.3 Results of AMOVA analysis of N. taihuensispopulations

圖1 基于Cyt b基因構(gòu)建的太湖新銀魚(yú)系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)

表4 太湖新銀魚(yú)群體的Tajima’s和Fu’ss中性檢驗(yàn)

Tab.4 Neutral test of Fu’s Fs and Tajima’s D of N. taihuensispopulations

圖2 太湖新銀魚(yú)單倍型最小網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化圖

圖3 太湖新銀魚(yú)歧點(diǎn)分布

3 討論

3.1 太湖新銀魚(yú)種群遺傳多樣性

遺傳多樣性是指生物種內(nèi)和種間遺傳變異的總和，是生物進(jìn)化和物種分化的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)種群資源狀況的重要依據(jù)。一個(gè)物種的遺傳多樣性水平越高，其進(jìn)化潛力及適應(yīng)環(huán)境能力也越強(qiáng)。單倍型多樣性和核苷酸多樣性是評(píng)價(jià)物種遺傳多樣性的兩個(gè)重要參數(shù)。按照Grant等(1998)提出的標(biāo)準(zhǔn)，單倍型多樣性以0.5為臨界值，核苷酸多樣性以0.005為臨界值，二者的值越大，群體的多樣性程度越高。本研究中，4個(gè)太湖新銀魚(yú)群體的單倍型多樣性為0.343± 0.107~0.609±0.078，核苷酸多樣為0.00057±0.00016~ 0.00094±0.00027。除高郵湖群體外，其他3個(gè)群體的單倍型多樣性均低于0.5，且4個(gè)群體的核苷酸多樣性均遠(yuǎn)小于0.005，表明太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性處于較低水平，這也反映了銀魚(yú)資源趨于枯竭的現(xiàn)狀，導(dǎo)致銀魚(yú)有效種群數(shù)量減少，遺傳多樣性水平較低。近年來(lái)，受過(guò)度捕撈、環(huán)境污染、棲息地破壞等多種因素的影響，江蘇省湖泊銀魚(yú)野生資源嚴(yán)重衰退，已無(wú)法形成漁汛，失去捕撈價(jià)值(倪勇等, 2006)，與本實(shí)驗(yàn)室多年調(diào)查結(jié)果一致(數(shù)據(jù)未給出)。從整體來(lái)看，4個(gè)群體總的單倍型多樣性為0.682±0.037，核苷酸多樣性為0.00231±0.00021，屬于高單倍型多樣性，低核苷酸多樣性群體。已有文獻(xiàn)報(bào)道，我國(guó)長(zhǎng)江、淮河和珠江水系太湖新銀魚(yú)群體總的遺傳多樣性(d: 0.713±0.022;: 0.0022±0.0001)，其中，太湖群體的單倍型多樣性和核苷酸多樣性分別為0.798±0.039和0.0028±0.0002，洪澤湖群體的單倍型和核苷酸多樣性分別為0.686±0.088和0.0021±0.0003)(Zhao, 2008)。比較發(fā)現(xiàn)，江蘇省4個(gè)湖泊太湖新銀魚(yú)群體遺傳多樣性低于全國(guó)水平，且太湖和洪澤湖群體的遺傳多樣性下降明顯，表明太湖新銀魚(yú)種質(zhì)資源下降趨勢(shì)尚無(wú)改變。另外，與其他銀魚(yú)種類(lèi)遺傳多樣性相比，如三峽庫(kù)區(qū)大銀魚(yú)(d: 0.804±0.032;: 0.00146±0.00009) (羅宏偉等, 2009)、喬什新銀魚(yú)()(d: 0.590±0.047;: 0.00088±0.00011)(趙亮等, 2010)、白肌銀魚(yú)()(d: 0.888;: 0.0990) (黃小彧等, 2012)、居氏銀魚(yú)() (d: 0.967;: 0.006)(司從利等, 2012)和黑龍江流域大銀魚(yú)(d: 0.827±0.038;: 0.00202±0.00028)(Tang, 2008)等，江蘇省4個(gè)湖泊太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性明顯低于大銀魚(yú)、白肌銀魚(yú)及居氏銀魚(yú)，僅高于喬氏新銀魚(yú)。因此，必須加強(qiáng)太湖新銀魚(yú)資源的保護(hù)力度，增加其種群數(shù)量，提高其遺傳多樣性水平，以避免太湖新銀魚(yú)種質(zhì)資源的進(jìn)一步衰退。

3.2 太湖新銀魚(yú)種群的歷史動(dòng)態(tài)

魚(yú)類(lèi)遺傳多樣性與其進(jìn)化歷史密切相關(guān)，可以利用單倍型多樣性和核苷酸多樣性來(lái)估計(jì)種群的進(jìn)化歷史，當(dāng)d≥0.5、<0.5%時(shí)，是受瓶頸效應(yīng)后種群數(shù)量的迅速擴(kuò)張導(dǎo)致；當(dāng)d≥0.5、≥0.5%時(shí)，表示種群穩(wěn)定，具有比較悠久的進(jìn)化歷史；當(dāng)d<0.5、≥0.5%時(shí)，種群經(jīng)歷了輕微的瓶頸效應(yīng)，幾乎沒(méi)有影響到核苷酸變異；當(dāng)d<0.5、<0.5%時(shí)，表明種群近期經(jīng)歷了瓶頸效應(yīng)(Grant, 1998)。本研究中，高郵湖群體的單倍型多樣性>0.5，而核苷酸多樣性<0.5%，屬于高單倍型多樣性、低核苷酸多樣性的進(jìn)化模式，與文獻(xiàn)報(bào)道的我國(guó)珠江、淮河和長(zhǎng)江流域太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性模式一致(Zhao, 2008)。出現(xiàn)這種多樣性模式，可能是群體受到瓶頸效應(yīng)后種群迅速擴(kuò)張所導(dǎo)致的結(jié)果。在群體擴(kuò)張過(guò)程中，隨著種群數(shù)量的急劇增加，導(dǎo)致單倍型多樣性增加，而核苷酸的變異速率較低，沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)積累核苷酸變異，因?yàn)楹塑账岫鄻有缘姆e累時(shí)間比單倍型多樣性的積累時(shí)間要漫長(zhǎng)得多(范啟等, 2014; 藍(lán)昭軍等, 2016)。其他3個(gè)太湖新銀魚(yú)群體單倍型多樣性和核苷酸多樣性都較低，表明群體最近經(jīng)歷過(guò)瓶頸效應(yīng)或受奠基者效應(yīng)的影響所致。

利用中性檢驗(yàn)和核苷酸歧點(diǎn)分布推測(cè)種群經(jīng)過(guò)的歷史。若Fu’ss和Tajima’s呈負(fù)值，并且在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有較顯著的標(biāo)準(zhǔn)，則說(shuō)明序列中含有比中性進(jìn)化模型更多的核苷酸位點(diǎn)變化，可能預(yù)示著種群經(jīng)歷過(guò)擴(kuò)張歷史(Fu, 1997; Hickerson, 2007)。歧點(diǎn)分布曲線呈泊松狀分布的單峰，說(shuō)明種群趨于發(fā)生了瓶頸效應(yīng)或者種群擴(kuò)張(Barbosa, 2013)。中性檢測(cè)結(jié)果顯示(表4)，4個(gè)太湖新銀魚(yú)群體的Fu’ss和Tajima’s的值為負(fù)值，且顯著偏離中性檢驗(yàn)；同時(shí)，歧點(diǎn)分布圖均呈明顯的單峰形(圖3)，表明4個(gè)太湖新銀魚(yú)野生群體發(fā)生過(guò)歷史擴(kuò)張。

3.3 太湖新銀魚(yú)種群遺傳結(jié)構(gòu)

研究群體遺傳結(jié)構(gòu)不僅可以用于評(píng)價(jià)物種群體的變異水平和不同地理群體之間的關(guān)系，還可以確定群體中的進(jìn)化顯著單元和管理單元，以及制定資源的保護(hù)和管理策略(O’Brien, 1994)。遺傳分化系數(shù)(st)是反映不同地理種群間遺傳分化的重要指標(biāo)。Wright(1990)認(rèn)為，若種群st為0~0.05，則表明其各種群間不存在分化；若st為0.05~0.15，則表明其各種群間存在中度分化；若st為0.15~0.25，則為高度分化。AMOVA結(jié)果顯示，太湖新銀魚(yú)群體間變異占比為71.53%，群體內(nèi)變異占比為28.47%，群體間變異是遺傳變異的主要來(lái)源。4個(gè)群體間的遺傳分化指數(shù)及其統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，太湖、高郵湖和洪澤湖群體間沒(méi)有出現(xiàn)顯著遺傳分化，但均與駱馬湖群體存在高度遺傳分化，這說(shuō)明4個(gè)太湖新銀魚(yú)群體分為2個(gè)進(jìn)化類(lèi)群，其中一個(gè)類(lèi)群由太湖、高郵湖和洪澤湖群體組成，另一個(gè)類(lèi)群由駱馬湖群體組成，這與單倍型NJ進(jìn)化樹(shù)和最小網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化圖的分析結(jié)果相一致。從單倍型組成看，太湖、高郵湖和洪澤湖群體擁有共享單倍型，且該單倍型為占比最高的優(yōu)勢(shì)單倍型，表明3個(gè)群體間存在廣泛的基因交流；而駱馬湖群體則全部由獨(dú)享單倍型個(gè)體組成，與其他3個(gè)群體缺乏基因交流，形成了明顯的地理遺傳結(jié)構(gòu)。

一般來(lái)說(shuō)，魚(yú)類(lèi)的遺傳分化格局與其分布的水系格局吻合：流域之間存在明顯的種群分化，同一流域內(nèi)的種群通常分化不明顯或沒(méi)有遺傳分化(Perdices, 2005; Hashiguchi, 2006; Xia, 2006)。從地理分布來(lái)看，太湖屬于長(zhǎng)江水系，高郵湖、洪澤湖和駱馬湖則屬于淮河水系。本研究結(jié)果說(shuō)明，太湖新銀魚(yú)種群遺傳分化格局與現(xiàn)有水系的分布格局明顯不吻合，這與太湖新銀魚(yú)和喬什新銀魚(yú)的研究結(jié)果類(lèi)似(Zhao, 2008; 趙亮等, 2010)。因此，太湖新銀魚(yú)群體遺傳結(jié)構(gòu)可能與其進(jìn)化歷史有密切關(guān)系(Zhao, 2008)。研究表明，銀魚(yú)最早可能起源于第三紀(jì)中期，地質(zhì)史上的重大事件，尤其是第四紀(jì)冰期和間冰期氣候的交替變化，導(dǎo)致銀魚(yú)棲息地?cái)?shù)度隔離和連接，從而對(duì)銀魚(yú)的進(jìn)化分化過(guò)程造成了重大影響。在冰期和間冰期的交替變化過(guò)程中，銀魚(yú)的生境不斷擴(kuò)展，生境異質(zhì)性不斷提高，逐漸分化、進(jìn)化成現(xiàn)今的銀魚(yú)遺傳格局(張廣學(xué), 1993; Zhao, 2008)。由單倍型最小進(jìn)化網(wǎng)絡(luò)圖(圖2)可以看出，單倍型H3是太湖、高郵湖和洪澤湖群體的祖先單倍型，單倍型H16是駱馬湖群體的祖先單倍型。隨著最后一次冰期結(jié)束，氣候變暖，海平面上升，太湖新銀魚(yú)的分布區(qū)擴(kuò)大，種群開(kāi)始擴(kuò)張，逐漸產(chǎn)生不同的周單倍型，形成現(xiàn)今的遺傳結(jié)構(gòu)模式。

3.4 太湖新銀魚(yú)種質(zhì)資源保護(hù)

太湖新銀魚(yú)是我國(guó)特有的銀魚(yú)種類(lèi)，屬于典型的-對(duì)策者，其種群易波動(dòng)，對(duì)生態(tài)環(huán)境要求高(王忠鎖等, 2002)。本研究對(duì)江蘇省4個(gè)湖泊太湖新銀魚(yú)野生群體遺傳多樣性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，4個(gè)群體的遺傳多樣性處于較低水平，應(yīng)當(dāng)采取措施，加強(qiáng)太湖新銀魚(yú)各群體的種質(zhì)資源保護(hù)力度。比如，嚴(yán)格控制捕撈強(qiáng)度，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，延長(zhǎng)禁漁期等，保證太湖新銀魚(yú)種群生殖繁衍和資源恢復(fù)。根據(jù)4個(gè)太湖新銀魚(yú)群體的遺傳結(jié)構(gòu)，建議將太湖、高郵湖和洪澤湖群體作為一個(gè)整體進(jìn)行管理和保護(hù)，駱馬湖群體單獨(dú)進(jìn)行管理和保護(hù)。本研究初步反映了太湖新銀魚(yú)的遺傳背景、遺傳結(jié)構(gòu)及遺傳變異水平，后續(xù)可以通過(guò)利用多種分子標(biāo)記技術(shù)如SSR、SNP等聯(lián)合分析，更全面地為太湖新銀魚(yú)資源的保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

致謝：感謝江蘇省太湖漁業(yè)管理委員會(huì)辦公室、江蘇省高寶–邵伯湖漁業(yè)管理委員會(huì)辦公室、江蘇省洪澤湖漁業(yè)管理委員會(huì)辦公室和江蘇省駱馬湖漁業(yè)管理委員會(huì)辦公室對(duì)樣品采集提供的幫助。

Bandelt HJ, Forster P, R?hl AA. Median-joining network for inferring intraspecific phylogenies. Molecular Biology and Evolution, 1999, 16(1): 37–48

Barbosa AM, Real R, Mu?oz AR,. New measures for assessing model equilibrium and prediction mismatch in species distribution models. Diversity and Distributions, 2013, 19(10): 1333–1338

Excoffier L, Lischer HEL. Arlequin suite ver3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Molecular Ecology Resources, 2010, 10: 564–567

Fan Q, He SP. The pattern of upper and middle Yangze drainages shapes the genetic structure and diversity ofrevealed by mitochondrial DNA locus. Acta Hydrobiologica Sinica, 2014, 38(4): 627–635 [范啟, 何舜平. 長(zhǎng)江流域種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)分析. 長(zhǎng)江流域種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)分析. 水生生物學(xué)報(bào), 2014, 38(4): 627–635]

Fu YX. Statistical tests of neutrality of mutations against population growth, hitchhiking and background selection. Genetics, 1997, 147(2): 915–925

Grant WAS, Bowen BW. Shallow population histories in deep evolutionary lineages of marine fishes: Insights from sardines and anchovies and lessons for conservation. Journal of Heredity, 1998, 89(5): 415–426

Hall TA. BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series, 1999, 41: 95–98

Hashiguchi Y, Kado T, Kimura S,. Comparative phylogeography of two bitterlings,and(Teleostei, Cyprinidae), in Kyushu and adjacent districts of western Japan, based on mitochondrial DNA analysis. Zoological Science, 2006, 23(4): 309–322

Hickerson MJ, Meyer CP. Testing comparative phylogeographic models of marine vicariance and dispersal using a hierarchical Bayesian approach. BMC Evolutionary Biology, 2007, 8(3): 322–340

Huang XY, Zhang Q, Si CL,. Genetic diversity analysis ofbased on mtDNA Cytb gene sequences. Jiangsu Agricultural Science, 2012, 40(4): 45–48 [黃小彧, 章群, 司從利, 等. 基于細(xì)胞色素b基因的白肌銀魚(yú)遺傳多樣性. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(4): 45–48]

Kim JK, Kai Y, Nakabo T. Genetic diversity of(Salangidae) from Korea and Japan inferred from AFLP. Ichthyollgical Research, 2007, 54(4): 416–419

Kumar S, Stecher G, Tamura K,. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7. 0 for bigger datasets. Molecular Biology and Evolution, 2016, 33(7): 1870–1874

Lan SJ, Li Q, Shu H,. Genetic diversity and structure ofbased on nucleotide sequences of mtDNA cytochrome b gene. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2016, 47(6): 1158–1165 [藍(lán)昭軍, 李強(qiáng), 舒琥, 等. 基于線粒體細(xì)胞色素基因的光倒刺鲃遺傳多樣性與遺傳結(jié)構(gòu)研究. 海洋與湖沼, 2016, 47(6): 1158–1165]

Li DM, Zhang TQ, Tang SK,. Genetic polymorphism of mitochondrial DNA cytochrome b () sequences ofin Lake Taihu. Jiangsu Journal of Agricultural of Sciences, 2015, 31(4): 840–845 [李大命, 張彤晴, 唐晟凱, 等. 太湖大銀魚(yú)()細(xì)胞色素b基因序列多態(tài)性分析. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 31(4): 840–845]

Lin J, Xu RW, Wu ZX,. On removal of food and distribution ofChen in Qiandao Lake. Journal of Zhejiang College of Fisheries, 1998, 17(1): 59–62 [林炯, 徐如衛(wèi), 吳振興, 等. 千島湖中太湖新銀魚(yú)的移馴及其餌料與分布特性的初步研究. 浙江水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào), 1998, 17(1): 59–62]

Lin WX. Amino acid contents of tissues ofand. Journal of Fisheries of China, 1992, 16(1): 71–74 [林信偉. 太湖新銀魚(yú)和寡齒新銀魚(yú)組織內(nèi)氨基酸的含量. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 1992, 16(1): 71–74]

Liorado P, Rozas J. DnaSP v5: A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics, 2009, 25(11): 1451–1452

Luo HW, Duan XB, Wang K,. Genetic polymorphism analysis of mitochondrial DNA cytochrome b sequences of three species of salangids in the Three Gorges Reservior. Freshwater Fisheries, 2009, 39(6): 16–21 [羅宏偉, 段辛斌, 王珂, 等. 三峽庫(kù)區(qū)3種銀魚(yú)線粒體DNA細(xì)胞色素b基因序列多態(tài)性分析. 淡水漁業(yè), 2009, 39(6): 16–21]

Ni Y, Wu HL. Fishes of Jiangsu Province. Beijing: China Agriculture Press, 2006, 32–38 [倪勇, 伍漢霖. 江蘇魚(yú)類(lèi)志. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2006, 32–38]

O’Brien SJ. A role for molecular genetics in biological conservation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1994, 91(13): 5748–5755

Perdices A, Sayanda D, Coelho MM. Mitochondrial diversity of(Teleostei, Cyprinidae) in three Chinese drainages. Molecular Phylogenetics and Evolution, 2005, 37(3): 920–927

Si CL, Zhang Q, Huang XY,. Genetic diversity ofin south China inferred from mtDNA cytb sequences. Marine Fisheries, 2012, 34(1): 1–6 [司從利, 章群, 黃小彧, 等. 基于細(xì)胞色素b基因序列分析的華南居氏銀魚(yú)遺傳多樣性研究. 海洋漁業(yè), 2012, 34(1): 1–6]

Tang FJ, Li DM, Liu W,. Evolutionary tendency of clearhead icefishinferring mitochondrial DNA variation analyses in Amur (Heilongjiang) River catchment, China. International Journal of Agriculture and Biological, 2008, 20(10): 2329?2334

Thompson JD, Gibson TJ, Plewniak F,. The ClustalX windows interface: Flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Research, 1997, 25(24): 4876–4882

Wang WW, Zhao L, Wei XS. Optimization of PCR amplification conditions of mitochondrial Cytb gene ofJournal of Suzhou University, 2013, 28(1): 71–73 [王維維, 趙亮, 位曉三. 太湖新銀魚(yú)線粒體Cytb基因PCR擴(kuò)增條件的優(yōu)化. 宿州學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 28(1): 71–73]

Wang ZS, Fu CZ, Lei GC. Biodiversity of Chinese icefishes (Salangidae) and their conserving strategies. Biodiversity Science, 2002, 10(4): 416–424 [王忠鎖, 傅萃長(zhǎng), 雷光春. 中國(guó)銀魚(yú)的多樣性及其保護(hù)對(duì)策. 生物多樣性, 2002, 10(4): 416–424]

Ward RD. Genetics in fisheries management. Hydrobiologia, 2000, 420(1): 191–201

Wright S. Evolution in Mendelian populations. Bulletin of Mathematical Biology, 1990, 52(1-2): 241–295

Xia DQ, Cao Y, Wu TT. Study on lineages of,andis in Taihu Lake with RAPD technique. Journal of Fishery Sciences of China, 2007, 14(1): 12–15 [夏德全, 曹瑩, 吳婷婷. 用RAPD方法分析太湖大銀魚(yú)、太湖新銀魚(yú)和寡齒的親緣關(guān)系. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 2007, 14(1): 12–15]

Xia YZ, Chen YY, Sheng Y. Phylogeographic structure of lenok (Pallas) (Salmoninae, Salmonidae) populations in water systems of eastern China, inferred from mitochondrial DNA sequences. Zoological Studies, 2006, 45(2): 190–200

Xiao WH, Zhang YP. Genetics and evolution of mitochondrial DNA in fish. Acta Hydrobiologica Sinica, 2000, 24(4): 384–391

Xie YH, Xie H. Classification, distribution, and population ecology of Salangidae fishes. Chinese Journal of Fisheries, 1997, 10(2): 11–19 [解玉浩, 解涵. 銀魚(yú)科魚(yú)類(lèi)的分類(lèi)分布和種群生態(tài). 水產(chǎn)學(xué)雜志, 1997, 10(2): 11–19]

Xu GZ, Hu B, Bao CH,. The experiment in biological habit of Salangid in Dongpu Reservoir and its multiplication. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 1998(4): 383–385 [徐桂珍, 胡波, 鮑傳和, 等. 董鋪水庫(kù)太湖新銀魚(yú)生物學(xué)及其增殖試驗(yàn). 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 1998(4): 383–385]

Yang ZW, Li ZJ, Liu JS,. A comparative study on reproductive characteristics of different spawning stocks of the icefish () in the Danjiangkou Reservoir. Freshwater Fisheries, 2012, 42(5): 58–62 [楊戰(zhàn)偉, 李鐘杰, 劉家壽, 等. 丹江口水庫(kù)太湖新銀魚(yú)不同繁殖群體的繁殖特征比較. 淡水漁業(yè), 2012, 42(5): 58–62]

Zhang D, Lei GC, Gong C,. Genetic diversity ofbased on mitochondrial COⅠ sequences. Journalof Lake Sciences, 2012, 24(2): 299–306 [張迪, 雷光春, 龔成, 等. 基于COⅠ基因序列的太湖新銀魚(yú)遺傳多樣性. 湖泊科學(xué), 2012, 24(2): 299–306]

Zhang DY, Wang CQ, Liu SP,. Population genetic structure analysis of endangered speciesin the Nujiang River based on Cytsequences of mtDNA. Journal of Fishery Sciences of China, 2009, 16(4): 477–486 [張東亞, 汪登強(qiáng), 劉紹平, 等. 怒江瀕危魚(yú)類(lèi)缺須盆唇魚(yú)基于線粒體Cyt序列的群體遺傳結(jié)構(gòu)分析. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 2009, 16(4): 477–486]

Zhang GX. Scientific treatise on systematic and evolutionary zoology (Vol 2). Beijing: China Science and Technology Press, 1993, 65–67 [張廣學(xué). 系統(tǒng)進(jìn)化動(dòng)物學(xué)論文集(第二集). 北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 1993, 65–67]

Zhang J, Li M, Xu MQ,. Molecular phylogeny of icefish Salangidae based on complete mtDNA cytochromesequences, with comments on estuarine fish evolution. Biological Journal of the Linnean Society, 2007, 91(2): 325–340

Zhang JF, Hao PY, Nie LW,. Studies on the analysis of sequences of COⅡ and its connected tRNA genes of mitochondrial genome from 2 species of salangidae and their phylogenetic relationship. Periodical of Ocean University of China, 2008, 38(3): 424–428 [張際峰, 郝培應(yīng), 聶劉旺, 等. 2種銀魚(yú)線粒體COII及側(cè)翼tRNA基因的測(cè)定分析及其親緣關(guān)系研究. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 38(3): 424–428]

Zhang Y, Dong S, Wang Q,. The isozyme genetic structures in large icefish () and Taihu Lake icefish (). Journal of Dalian Fisheries University, 2005, 20(2): 111–115 [張穎, 董仕, 王茜, 等. 大銀魚(yú)和太湖新銀魚(yú)同工酶遺傳組成的研究. 大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 20(2): 111–115]

Zhang ZS, Hu JB, Ye XY,. Genetic diversity of the pregnant’s schizothoracin (S) based on partial mtDNA cytb sequences. Acta Hydrobiologia Sinica, 2017, 41(3): 609–616 [張爭(zhēng)世, 胡冰潔, 葉祥益, 等. 基于mtDNA Cyt b序列分析齊口裂腹魚(yú)群體遺傳多樣性. 水生生物學(xué)報(bào), 2017, 41(3): 609–616]

Zhao L, Xie BG, Liu ZJ,. Molecular structure and DNA substitution rate of the mitochondrial control region and cytochrome b in Taihu salangid,. Chinese Journal of Zoology, 2010, 45(2): 27–38 [趙亮, 謝本貴, 劉志瑾, 等. 太湖新銀魚(yú)線粒體D-loop和Cyt b片段序列結(jié)構(gòu)與進(jìn)化速率比較. 動(dòng)物學(xué)雜志, 2010, 45(2): 27–38]

Zhao L, Zhang J, Liu ZJ,. Complex population genetic and demographic history of the, based on cytochrome b sequences. BMC Evolutionary Biology, 2008, 8(5): 201

Zhao L, Zhang J, Liu ZJ,. Population genetic structure and demographic history ofbased on cytochrome b sequences. Biodiversity Science, 2010, 18(3): 251–26 [趙亮, 張潔, 劉志瑾, 等. 喬氏新銀魚(yú)基于細(xì)胞色素序列的種群遺傳結(jié)構(gòu)和種群歷史. 生物多樣性, 2010, 18(3): 251–261]

Zhao LS, Cheng F, Zhang L,. Growth, mortality and evaluation of resource utilization for two salangidae,andin Hongze Lake. Acta Hydrobiologia Sinica, 2018, 42(2): 240–249 [趙麗爽, 程飛, 張磊, 等. 洪澤湖大銀魚(yú)和太湖新銀魚(yú)的生長(zhǎng)、死亡參數(shù)及資源利用狀況. 水生生物學(xué)報(bào), 2018, 42(2): 240–249]

Zhou HX, Hu YT, Duan GQ,. Population genetic analyses ofin Xin’an Basin based on the mitochondrial DNA cytochrome b gene. Progress in Fishery Sciences, 2019, 40(2): 43–50 [周華興, 胡玉婷, 段國(guó)慶, 等. 基于線粒體細(xì)胞色素b基因序列的新安江流域溫州光唇魚(yú)群體遺傳研究. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2019, 40(2): 43–50]

Genetic Diversity and Population Structure of FourPopulations in Jiangsu Province

LI Daming, TANG Shengkai, LIU Yanshan, GU Xiankun, LIU Xiaowei, YIN Jiawen, ZHANG Tongqing①, PAN Jianlin①

(Freshwater Fisheries Research Institute of Jiangsu Province, Key Laboratory of Fisheries Resources in Inland Water of Jiangsu Province, Nanjing 210017)

is an icefish endemic to China and mainly distributed in the middle and lower reaches of the Yangtze and Huaihe rivers and affiliated lakes. In recent years, the natural resources of this species have declined markedly. To assess the genetic diversity and genetic structure of wild populations of, we amplified and sequenced mitochondrialb gene sequences from 144 individuals from four lakes [Tai Lake (TH), Gaoyou Lake (GY), Hongze Lake (HZ) and Luoma Lake (LM)] in Jiangsu Province. The results detected 29 polymorphic nucleotide sites and 25 haplotypes among the cytsequences of the 144 individuals. Haplotype diversity was 0.682±0.037, and nucleotide diversity was 0.00231±0.00021. The GY population showed the highest genetic diversity among the four populations and the TH population the lowest. Analysis of molecular variance showed that 71.53% of the molecular variation was among populations and 28.47% was within populations, with the molecular variation originating mainly from interpopulation differences. A pairwise fixation index (st) revealed significant differences between the LM population and the TH, GY, and HZ populations, and no significant differences among the TH, GY, and HZ populations. A phylogenetic tree and a minimum spanning network showed that the 25 haplotypes form two distinct geographical clades: one consisting of the TH, GY, and HZ populations, and the other consisting of the LM population. The results of a neutrality test showed that the values of Tajima’sand Fu’sswere negative, and had significant differences. The mismatch distribution was unimodal, which indicated that the fourpopulations had experienced population expansion. As the genetic diversity of thepopulations is low, measures to protect its wild resources are warranted. The TH, GY, and HZ populations should be protected and managed as a whole population and the LM population as a distinct population.

;b; Genetic diversity; Genetic structure

PAN Jianlin, E-mail: jianlinpan2006@126.com; ZHANG Tongqing, E-mail: zhtq3@126.com

S917.4

A

2095-9869(2020)05-0007-09

10.19663/j.issn2095-9869.20190611001

http://www.yykxjz.cn/

李大命, 唐晟凱, 劉燕山, 谷先坤, 劉小維, 殷稼雯, 張彤晴, 潘建林. 江蘇省4個(gè)太湖新銀魚(yú)種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)分析. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2020, 41(5): 52–60Li DM, Tang SK, Liu YS, Gu XK, Liu XW, Yin JW, Zhang TQ, Pan JL. Genetic diversity and population structure of fourpopulations in Jiangsu Province. Progress in Fishery Sciences, 2020, 41(5): 52–60

* 江蘇省水生生物資源重大專(zhuān)項(xiàng)(ZYHB16-3)和江蘇省內(nèi)陸省管漁業(yè)水域漁業(yè)資源監(jiān)測(cè)(2018)共同資助 [This work was supported by Major Special Projects of Aquatic Biological Resources in Jiangsu Province (ZYHB16-3), and Fishery Resources Monitoring in Fishery Waters of Inland Provinces in Jiangsu Province (2018)]. 李大命, E-mail: ldm8212@126.com

潘建林，研究員，E-mail: jianlinpan2006@126.com；張彤晴，研究員，E-mail: zhtq3@126.com

2019-06-11,

2019-07-23

(編輯 馮小花)