兩種近方蟹線粒體16S rRNA基因序列分析

徐敬明

（重慶文理學院生命科學與技術學院 重慶 402168）

兩種近方蟹線粒體16S rRNA基因序列分析

徐敬明

（重慶文理學院生命科學與技術學院 重慶 402168）

測定了絨螯近方蟹和肉球近方蟹線粒體16S rRNA基因部分片段的序列，其長度分別為529bp和525bp。二者的核苷酸序列A、T、G、C的含量相似，分別為36.3%、37.2%、15.9%、10.6%，35.2%、 37.5%、 17.1%、10.2%；不包括4處插入/缺失位點，兩序列間有31個變異位點，核苷酸差異率為5.91%，其中轉換18個、顛換13個, 轉換與顛換比約為1.4。對國外3種近方蟹的16S rRNA基因序列與本文的2種近方蟹序列一起比對獲得512bp的同源序列（含插入/缺失位點）進行分析，A+T的平均含量為73.5%，明顯高于G＋C的平均含量，共檢測到變異位點67個，簡約信息位點19個。基于已知的弓蟹科43種蟹類的16S rRNA基因502bp同源序列獲得的系統發生樹的拓撲結構表明，Helicana、Eriocheir、Helice、Cyrtograpsus、Metaplax、Brachynotus屬的蟹類各自聚為一支，且與形態學分類結果一致，表明其分別為一單系；但Hemigrapsus、Gaetice、Cyclograpsus屬的蟹類卻沒有各自聚為一支，分子數據不支持它們分別為一單系。

絨螯近方蟹；肉球近方蟹；16S rRNA；序列；系統發生

近方蟹（Hemigrapsus）隸屬甲殼綱（Crustacea）、十足目（Decapoda）、方蟹科（Grapsidae）、弓蟹亞科（Varuninae），其中絨螯近方蟹（H. penicillatus）和肉球近方蟹（H. sanguineus）不僅外形相似，而且生活環境也基本相同，均棲息于海邊巖石下或石縫中；數量較大，是制作蟹穌、蟹醬的原料，具有一定的經濟價值[1]。近來，一些學者根據分子系統學的研究將方蟹科提升為方蟹總科（Grapsoidea），弓蟹亞科提升為弓蟹科（Varunidae）[2,3]。動物線粒體 DNA（mtDNA）因其分子量小、母系遺傳、比核DNA進化速率快等特征而廣泛的應用于進化生物學研究中；而mtDNA 16S rRNA基因有較高的保守性，易于進行PCR引物的設計和擴增，非常適合于種及其以上分類階元的差異研究[4,5]。16S rRNA基因序列已被廣泛用于蟹類的分子系統學研究[6-12]，已有一些學者對部分近方蟹16S rRNA基因序列進行了分析[13-17]。

本研究采用線粒體16S rRNA基因作為分子標記，對產于中國的兩種近方蟹進行了序列測定和分析；結合從GenBank下載的有關近方蟹等蟹類的基因序列，進行分子系統關系分析，探討它們之間的遺傳差異及親緣關系，以期為蟹類的種質鑒定、物種保護和資源評價提供基礎的分子遺傳學資料，為進一步研究蟹類分子系統學提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用絨螯近方蟹和肉球近方蟹于 2006年 9月采自山東省青島沿海潮間帶巖石灘，保存于 -40℃ 冰箱中備用。每種取3個個體用于序列分析。

1.2 DNA提取

從絨螯近方蟹和肉球近方蟹的步足和螯足中取約50 mg肌肉，采用傳統法（酚/氯仿抽提法）從肌肉組織中提取基因組DNA。將乙醇沉淀后DNA溶解入40 μL超純水，放入4 ℃冰箱6 h，最后-20℃保存備用。

1.3 PCR擴增

以 L2510 5’-CGCCTGTTTAACAAAAACAT-3’和 H3059 5’-CCGGTCTGAACTCAGATCATGT-3’為引物對16S rRNA部分片段進行PCR擴增[18]。擴增時的反應體積為 25 μL，反應液中含 2.5 μL 10×PCR buffer， 2.0 μL dNTPs （2.5mmol/L），2.0μL MgCl2（25 mmol/L），1μL 模板 DNA，引物各0.5 μL（10 μmol/L），0.2 μL Taq 酶（5 U/μL），無菌去離子水補足到25 μL。PCR循環參數為：94 ℃預變性1.5 min后，94 ℃變性30 s，49 ℃退火45 s，72 ℃延伸1 min，循環39次，然后在72 ℃延伸5 min，于4 ℃保存。

1.4 序列測定

PCR產物用含有溴化乙錠的 1.0 % 瓊脂糖凝膠電泳檢測，凝膠成像系統觀察、照相。對于擴增效果良好的樣品進行回收，回收時用1.0 % 瓊脂糖凝膠，TaKaRa Agarose Gel DNA Purification Kit（寶生物工程（大連）有限公司）進行回收和純化，純化產物送至上海英駿測序公司，用 ABI3730XL測序儀進行正反鏈雙向測序。測序所用引物和PCR擴增時的引物相同。

1.5 數據分析

經仔細核對測序膠圖后的正反向序列，均由DNASTAR 軟件包（DNASTAR，Inc.，Madison，USA）進行編輯、校對和比對，并對排序結果進行分析；所有序列為兩端去引物后的序列。用DNASP軟件檢測變異位點數和簡約信息位點數。用MEGA（Version4.0）軟件統計序列的堿基組成，計算種間的遺傳距離，進行系統發生和分子進化分析。

2 結 果

不包括引物，絨螯近方蟹和肉球近方蟹的16S rRNA基因片段長度分別為 529bp和 525bp（GenBank登錄號分別為：GU731424和GU731425）；每種的3個個體之間沒有序列差異。二者核苷酸序列A、T、G、C的含量相似，分別為36.3 %，37.2 %，15.9 %，10.6 %，35.2 %，37.5 %，17.1 %，10.2 %；不包括4處插入/缺失位點，兩序列間有31個變異位點，核苷酸差異率為5.91%，其中轉換18個、顛換13個（圖1）, 轉換與顛換比約為1.4。

從GenBank下載其它三種近方蟹的16S rRNA基因序列（種名及 GenBank序列號見圖 2），與本文的兩種近方蟹序列一起比對獲得512bp的同源序列（含插入/缺失位點），除插入/缺失位點外共檢測到變異位點67個，簡約信息位點19個，A，T，G，C的含量只有略微的差異，平均含量分別為36.6 %，36.9 %，16.3 %，10.2 %，堿基 C的含量最少，A＋T含量（73.5%）明顯高于G＋C含量。此種類型的堿基含量與其它蟹類的16S rRNA基因是一致的[2,12,19]。參照Ng2008的蟹類分類系統[3]，將已知的弓蟹科43種蟹類的16S rRNA基因序列（種名及GenBank序列號見圖2）進行比對獲得502 bp同源序列（含插入/缺失位點），除插入/缺失位點外共檢測到變異位點153個，簡約信息位點120個，A，T，G，C的含量差異較小，平均含量分別為 36.1%，36.9%，16.8%，10.2%，同樣表現出堿基C的含量最少，A＋T含量（73%）明顯高于G＋C含量的特點。所有序列之間基于 Kimura-雙參數距離模型估計其遺傳距離；用 NJ法（Neighbor-Joining）構建分子系統發生樹（圖2），系統樹各結點的支持率以序列數據集 1 000次重復抽樣檢驗的自引導值（Bootstrap value）表示，各分支上的數字為重抽樣分析得到的大于50 %的支持率。

圖 1 絨螯近方蟹和肉球近方蟹16S rRNA基因片段序列比對Fig. 1 Sequences alignment of the 16S rRNA segment of H. penicillatus and H. sanguineus

由系統發生樹的拓撲結構（圖2）看出，現有已知 16S rRNA基因分子數據的弓蟹科蟹類中，Helicana、Eriocheir、Helice、Cyrtograpsus、Metaplax、Brachynotus屬的蟹類各自聚為一支；而Hemigrapsus、Gaetice、Cyclograpsus屬的蟹類卻沒有各自聚為一支。

3 討 論

兩種近方蟹16S rRNA基因5.91%的種間差異明顯低于紅螯相手蟹和褶痕相手蟹的16S rRNA基因的差異（8.07%）[19]，以及寬身大眼蟹和日本大眼蟹的16S rRNA基因的差異（12.26 %）[12]；表明兩種近方蟹的親緣關系相對較近，這與二者外形相似甚至其雌性和幼體不易區分等形態特征相符合，因此，16S rRNA基因分子數據支持二者在形態分類上隸屬于近方蟹屬（Hemigrapsus）。

迄今為止共有日本、克羅地亞、臺灣和中國連云港4個地方的肉球近方蟹的16S rRNA基因序列報道過（GenBank號分別為：AB058630、AJ493053、AJ493054、EU367395），上述序列與本研究的 16S rRNA基因序列比對獲得了386bp同源序列（無插入缺失），結果是與臺灣的序列僅有 2bp的差異，核苷酸差異率僅為0.52 %，遠小于Schubart的1.5 %的種間差異標準[20]，二者屬于肉球近方蟹的不同地理種群的單倍型，而與其它三地的序列則完全相同。

絨螯近方蟹的16S rRNA基因序列與報道過的日本、法國的序列比對（GenBank號分別為：AB058628、AJ278835），在獲得的480bp的同源序列中（無插入缺失），青島的序列與日本和法國的序列之間分別僅有1bp和4bp的差異，而日本與法國的序列之間的差異也僅為 3bp，它們之間的核苷酸差異率最大僅為0.83 %，也是遠小于1.5 %，三者分屬于絨螯近方蟹的不同地理種群的單倍型。

這表明各地的絨螯近方蟹和肉球近方蟹的分化時間較短，遺傳分化較小；同時也進一步表明原本無絨螯近方蟹和肉球近方蟹分布的歐洲，是由于人為原因將原僅分布于東亞的兩種近方蟹傳播至歐洲的[16]。

43種弓蟹科蟹類16S rRNA基因系統發生樹的拓撲結構（圖 2）表明，Helicana、Eriocheir、Helice、Cyrtograpsus、Metaplax、Brachynotus屬的蟹類各自聚為一支，與其形態學分類結果一致，分子數據支持其分別為一單系；但Hemigrapsus、Gaetice、Cyclograpsus屬的蟹類卻沒有各自聚為一支，分子數據不支持它們分別為一單系，表現出與形態學分類結果的不一致[3]，因此，它們之間的系統關系還有待于對其更多基因和形態進行更深入研究后得以進一步確定。

圖2 弓蟹科蟹類的16S rRNA基因分子系統樹(NJ法)Fig. 2 Neighbor-Joining molecular phylogenetic tree of 16S rRNA gene for Varunid crabs

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Sequence analyses of mitochondrial 16S rRNA gene between two species ofHemigrapsus

XU Jing-ming

（College of Life Science and Technology，Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402168, China）

Partial sequences of the mitochondrial 16S rRNA gene were determined forHemigrapsus penicillatusandH. sanguineus, and the sequence lengths of them were 529bp and 525bp respectively. The A, T, G and C contents were similar, which were 36.3%, 37.2%, 15.9%, 10.6% and 35.2%, 37.5%, 17.1%, 10.2% respectively. There were 31 different sites (excluding 4 deletion/insertion sites) between two species, including 18 transition sites and 13 transversion sites. The si/sv and ratio of sequence divergence were about 1.4 and 5.91% respectively. Furthermore,512bp homologous segments of fiveHemigrapsusspecies were analyzed. The results showed that the average A+T content (73.5%) was higher than G+C content, and there were 67 variable sites and 19 parsimony-information sites in the nucleotides of the data. Topological structure of the molecular phylogenetic tree constructed by 502bp homologous segments of 16S rRNA gene from 43 species of Varunid crabs with Neighbor-Joining method showed that the species ofHelicana,Eriocheir,Helice,Cyrtograpsus,MetaplaxandBrachynotusspecies were clustered into distinct clades respectively, which indicated the monophyly of the genera respectively. But, the species ofHemigrapsus,GaeticeandCyclograpsuswere not clustered into distinct clades respectively, which revealed that the genera might not be monophyletic respectively.

Hemigrapsus penicillatus；H. sanguineus；16S rRNA；Sequence；Phylogeny

Q178.53;Q953

A

1001-6932(2010)06-0638-05

2010-02-19；收修改稿日期：2010-5-10

重慶文理學院引進人才專項（No.200803）

徐敬明（1963—），男，教授，博士，主要從事動物分子與生理生態研究，電子信箱：xjingming@163.com。