長(zhǎng)江上游特有魚類DNA條形碼研究.pdf

1、長(zhǎng)江上游是我國(guó)天然的淡水魚類種質(zhì)資源基因庫(kù)，共有魚類261種，其中特有魚類107種。在長(zhǎng)江上游特有魚類中，鯉形目種類最多，共93種，占特有魚類總數(shù)的86.92％，因而其在長(zhǎng)江上游特有魚類中具有非常重要的地位。在全球范圍內(nèi)，鯉形目物種豐富，擁有6科321屬共約3，268種魚類，主要分布于東南亞。近幾十年來，水利工程興修、水環(huán)境污染及過度捕撈等人為因素使得我國(guó)淡水魚類資源受到嚴(yán)重威脅。同時(shí)，魚類存在表型可塑性和遺傳變異性等特征，致使經(jīng)典分類

2、學(xué)方法在魚類的物種鑒定中存在一定困難。因此快速地獲取魚類的基因信息，建立全面準(zhǔn)確的基因序列數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)其物種多樣性和遺傳多樣性保護(hù)至關(guān)重要。
　　DNA條形碼(DNA barcoding)是一種快速準(zhǔn)確的物種鑒定技術(shù)，通過將某段基因的DNA序列與數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)序列進(jìn)行比對(duì)，以此實(shí)現(xiàn)物種的快速鑒定，在生態(tài)、環(huán)境、食品安全、海關(guān)檢疫、疾病防控和生物多樣性保護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。以往的DNA條形碼研究中，常采用CAOS(Characte

3、ristic attributesorganization system)實(shí)現(xiàn)特征診斷位點(diǎn)（Nucleotide-diagnostic sites）的預(yù)測(cè)，以輔助物種鑒定，但該軟件操作過程復(fù)雜，且對(duì)文件格式要求高。自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（Self-organizing maps，SOM）是一種基于非線性原則的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，與其他線性模型相比，SOM模型預(yù)測(cè)能力更強(qiáng)、可信度更高且視覺效果更美觀。
　　本研究基于線粒體COI基因序列，

4、以長(zhǎng)江上游特有魚類和多數(shù)鯉形目魚類為例開展DNA條形碼研究，驗(yàn)證COI基因序列在長(zhǎng)江上游特有魚類物種鑒定中的有效性，并探討SOM模型在魚類DNA條形碼特征診斷位點(diǎn)預(yù)測(cè)中的可行性，旨在為長(zhǎng)江上游特有魚類和鯉形目魚類的快速鑒定提供參考依據(jù)。
　　本研究的主要結(jié)論如下:
　　1.本研究測(cè)定了長(zhǎng)江上游特有魚類的242條COI序列，結(jié)合GenBank和BOLD下載的長(zhǎng)江上游特有魚類的59條COI序列，共分析了4目8科29屬45個(gè)物種的

5、301條COI序列?；贙imura雙參數(shù)替代模型（Kimura2-parameter, K2P）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，長(zhǎng)江上游特有魚類的種內(nèi)平均遺傳距離為0.47％，屬內(nèi)種間平均遺傳距離為2.60％，科內(nèi)屬間和目?jī)?nèi)科間的平均遺傳距離分別為16.32％和21.76％。NJ樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示，本研究29屬長(zhǎng)江上游特有魚類中，有28個(gè)屬的魚類（占本研究總數(shù)的96.55％）分別聚為了屬的單系支，但有4個(gè)屬內(nèi)的物種未各自形成種的單系支，無法有效區(qū)分:(1

6、)裂腹魚屬（Schizothorax）的細(xì)鱗裂腹魚（S.chongi）、隱鱗裂腹魚（S.cryptolepis）、重口裂腹魚（S.davidi）、四川裂腹魚（S.kozlovi）、昆明裂腹魚（S.grahami）、齊口裂腹魚（S.prenanti）、中華裂腹魚（S.sinensis）和短須裂腹魚（S.wangchiachii）等8個(gè)物種;(2)沙鰍屬（Sinibotia）的中華沙鰍(S.superciliaris）與寬體沙鰍(S.ree

7、vesae);(3)金沙鰍屬（Jinshaia）的短身金沙鰍（J.abbreviate）與中華金沙鰍（J.sinensis）;以及(4)鮡屬（Pareuchiloglanis）的中華鮡（P.sinensis）與前臀鮡（Panteanalis）。此外，四川華鳊（Sinibramataeniatus）和達(dá)氏鱘（Acipenser dabryanus）也未形成種的單系支。造成這種現(xiàn)象的主要原因可能是物種快速形成、漸滲雜交（Introgress

8、ive hybridization）或不完全世系分選(Incomplete lineage sorting)等。45種長(zhǎng)江上游特有魚類中，有40個(gè)種（占本研究總數(shù)的88.89％）的最小種間遺傳距離大于其最大種內(nèi)遺傳距離，形成了條形碼間隙(Bareoding gap)。綜上所述，COI基因能夠準(zhǔn)確地鑒定本研究大部分長(zhǎng)江上游特有魚類，表明基于COI基因的DNA條形碼是該區(qū)域魚類物種鑒定的有效手段;SOM模型在長(zhǎng)江上游特有魚類科級(jí)水平的特征診

9、斷位點(diǎn)的預(yù)測(cè)中具有可行性，預(yù)測(cè)所得的特征診斷位點(diǎn)可用于指導(dǎo)物種的區(qū)分鑒定。
　　2.通過測(cè)序及GenBank和BOLD共獲得了6科274屬989種鯉形目魚類的3434條COI序列?；贙2P替代模型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，種內(nèi)遺傳距離在0-13.85％之間，其中小于2％的占90.20％。在2％閾值范圍內(nèi)，鯉形目魚類的種內(nèi)平均遺傳距離為0.21％;屬內(nèi)種間、科內(nèi)屬間以及目?jī)?nèi)科間平均遺傳距離分別為11.34％、16.15％和18.44％;屬內(nèi)

10、種間平均遺傳距離是種內(nèi)平均遺傳距離的54倍。進(jìn)一步分析比較了鯉形目各科的遺傳距離差異:種內(nèi)平均遺傳距離最大(0.23％)的為鯉科(Cyprinidae)，種間平均遺傳距離最小(6.13％)的為胭脂魚科(Catostomidae);平鰭鰍科(Balitoridae)、花鰍科(Cobitidae)和條鰍科（Nemacheilidae）均分別形成了種內(nèi)種間遺傳距離的條形碼間隙。Kruskal-Wallis非參秩和檢驗(yàn)（Kruskal-Wall

11、is nonparametric rank rums tests）表明各科魚類的屬內(nèi)種間平均遺傳距離和科內(nèi)屬間平均遺傳距離均存在顯著差異（P＜0.0001）?；赟OM模型預(yù)測(cè)鯉形目科級(jí)、屬級(jí)和種級(jí)水平的特征診斷位點(diǎn)，結(jié)果顯示:本研究鯉形目科級(jí)水平的特征診斷位點(diǎn)不明顯，可能是鯉科樣本量大、變異位點(diǎn)多而減少了科級(jí)水平的特征診斷位點(diǎn);SOM模型成功地預(yù)測(cè)了鯉形目屬級(jí)和種級(jí)水平的特征診斷位點(diǎn)，表明SOM模型在鯉形目屬級(jí)和種級(jí)水平上特征診斷位點(diǎn)