不同地理群體的鲇線粒體dnA12SrRnA基因序列與遺傳結構分析

摘要：對長江中上游主要支流5個野生群體的鲇（Silurus asotus）——烏江群體（WJ）、雅礱江群體（YLJ）、岷江群體（MJ）、金沙江群體（CS）、舞陽河群體（WYH）線粒體DNA 12S rRNA基因序列與遺傳結構進行分析，27個樣品的線粒體DNA 12S rRNA基因進行PCR擴增及測序，并進行序列比對。結果表明，共檢測出36個變異位點，8種單倍型。烏江、雅礱江、岷江、金沙江、舞陽河5個野生群體的單倍型多樣性（H）分別為0.857、0.600、0.600、0.667、0.400；5個野生群體的核苷酸多樣性（π）分別為0.014 20、0.000 63、0.000 63、0.014 02、0.000 42。舞陽河群體存在負向選擇或種群擴張，其余群體符合中性進化模型，只有金沙江群體的遺傳差異顯著。對5個群體進行分子變異等級分析，群體間分子變異不顯著。烏江、雅礱江、岷江、金沙江群體之間的親緣關系較近，舞陽河群體與其他群體間的親緣關系較遠。

關鍵詞：鲇（Silurus asotus）；線粒體DNA；12S rRNA；遺傳多樣性

中圖分類號：S917.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）11-2603-04

線粒體DNA（mtDNA）具有嚴格的母性遺傳、高度的堿基替換率等特點，被廣泛運用于探討種群遺傳結構或有機體變異[1-3]，能夠全面地反映種群內和種群間的遺傳變異[4]。天然的地理隔離或人為的定向選擇極大地降低了種群間的擴散和基因流。此外，種內mtDNA的遺傳結構可能也產生于持續存在的歷史因素的影響，通過種群片段化瓶頸效應，滅絕和再定居形成種群遺傳結構[5-7]。12S rRNA基因是線粒體的兩個rRNA基因之一，在進化上較為保守，通常被用于分子進化和系統發生的研究[8]。李春枝等[9]對尖塘鱧屬魚類線粒體DNA 12S rRNA基因序列進行了分析，認為線粒體DNA 12S rRNA基因可作為塘鱧科魚類種類鑒定的良好分子標記。

鲇（Silurus asotus）屬于鲇形目（Silurisfomes）鲇科（Siluridea）鲇屬（Silurus），歐洲、亞洲皆有分布，在中國主要分布于長江水系及長江以南較大的江河中[10]。國內外學者對鲇的研究主要集中在形態學、比較解剖學、細胞生物學、生理生化、生殖與發育、基因克隆表達等方面[11-15]。DNA水平上的研究，只有RAPD、16S rRNA基因的RFLP等相關報道[16-18]，而對鲇線粒體DNA 12S rRNA基因全序列和群體遺傳結構分析則未見報道。

本研究以線粒體DNA 12S rRNA基因來研究長江中上游主要支流5個野生群體的鲇序列差異和群體遺傳結構，分析了各個群體內的單倍型多樣性和核苷酸多樣性，比較了各個群體間的分化水平，對鲇野生種質資源保護策略的制定具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

鲇于2000年6～9月分別采自貴州省境內烏江，沅江上游的舞陽河，四川省境內的金沙江、雅礱江和岷江等地（表1），2008年又補充部分樣品。所有樣品取肌肉組織置于液氮中保存，運回實驗室后置于-80 ℃低溫冰箱保存備用。

2.2 群體內的遺傳差異分析

5個地理群體的單倍型多樣性（H）和核苷酸多樣性（π）見表3。從表3可見，烏江群體的單倍型多樣性和核苷酸多樣性最高，分別為0.857、0.014 20。通過Tajima’s D和Fst檢驗，舞陽河群體的Tajima’s D值為負，顯著性統計遺傳差異不顯著，表明該群體存在負向選擇或種群擴張。其余群體符合中性進化模型，只有金沙江群體的遺傳差異顯著（表4）。

2.3 群體間的遺傳差異分析

群體間的遺傳差異分析見表5。經過Fst檢驗分析，各群體間無顯著性差異。把5個群體作為一個組進行分子變異等級分析，Tajima’s D=0.236 29，表明把5個群體作為一個大群體，符合中性進化模型，且有一些單倍型的分化；Fst=-0.243 07，結果表明群體間分子變異不顯著。

2.4 5個地理群體線粒體DNA 12S rRNA基因的分子系統樹

以同一科的歐洲鲇（S. glanis）和同一目的斑點叉尾鮰（I. punctatus）的線粒體DNA 12S rRNA基因序列（序列號分別為：AM398435、AF482987）為外群，結合5個群體的線粒體DNA 12S rRNA基因序列，構建分子系統樹（圖1）。只有舞陽河群體能單獨聚群，其余群體間有個體交叉。

3 小結與討論

單倍型2是YLJ、MJ、CS、WJ 4個地理群體的共享單倍型，也是一種較為穩定的、能夠適應環境選擇的單倍型，說明這4個群體起源于共同的祖先，后來發生了不同的演化。單倍型1是YLJ、WJ 2個地理種群的一種共享單倍型，單倍型6為CS、WJ 2個群體的共享單倍型，其余單倍型則只在1個群體中出現，說明各地理種群之間存在一定的基因流動。

通過Tajima’s D和Fst檢驗分析群體內的遺傳差異，舞陽河群體存在負向選擇或種群擴張，其余群體符合中性進化模型，且有一些單倍型的分化。單倍型多樣性高的群體說明其遺傳多樣性高，遺傳資源豐富。烏江群體的遺傳資源較豐富，這可能與群體的樣本數最多有關，有待于增加樣本數量進一步證實。

本研究中只有舞陽河群體的個體能單獨聚群，其余群體間有個體交叉，說明長江上游的各個支流群體間存在基因交流，而中游支流的舞陽河群體與其余群體間地理隔離比較明顯。結果表明，同為上游支流的雅礱江、岷江、金沙江、烏江群體之間的親緣關系較近，而中游支流舞陽河群體與其他群體間的親緣關系較遠。筆者對相同的5個群體的鲇ND1基因序列（試驗結果另文報道）進行比較分析，發現ND1基因進化速率高于12S rRNA基因，各不同群體的單倍型在系統樹上有部分交叉。雖然不同群體在各單倍型中出現的頻率有所不同，但每個群體都和其他群體存在共享的單倍型，與本研究分析結果一致。

從群體內和群體間的遺傳差異分析以及分析系統樹表明長江上游各支流的各個群體可能起源于同一母系，各個群體間存在一定基因交流。而舞陽河位于沅江上游，與長江干流中間相隔一個洞庭湖，與長江上游支流的各個群體間在地理位置上相隔較遠。因此，長江中游支流沅江上游的舞陽河群體與長江上游支流的各群體間基因交流少，已經出現了分化。鲇通常土著性地生活在各支流的某些江段中，個體較小，遷移趨向弱，地理隔離較明顯，遺傳變異較高。一個物種的進化潛力和抵御不良環境的能力有賴于遺傳變異的種群結構，也取決于種群內遺傳變異的大小[21]。鲇是一個廣泛分布的物種，是重要的捕撈對象和養殖對象，各種原因造成其遺傳分化較為明顯，應對這一寶貴資源采取一定的保護措施。

參考文獻：

[1] STANLEYET H F， CASEY S， CARNAHAM J M， et al. Worldwide patterns of mitochondrial DNA differentiation in the harbor seal （Phoca vitulina）[J]. Molecular Biology and Evolution，1996，13（2）：368-382.

[2] BICKHAM J W， PATTON J C， LOUGHLIN T R. High variability for control-region sequences in a marine mammal： Implications for conservation and biogeography of Steller sea lions （Eumetopias jubatus）[J]. Journal of Mammalogy，1996，77（1）：95-108.

[3] VILA C， SAVOLAINEN P， MALDONADO J E， et al. Multiple and ancient origins of the domestic dog[J]. Science，1997， 276（5319）：1687-1689.

[4] AVISE J C. Molecular markers： natural history and evolution[M].New York： Chapman Hall， 1994.1-9.

[5] AVISE J C， ARNOLD J， BALL R M，et al. Intraspecific phylogeography： the mitochondrial DNA bridge between population genetics and systematics[J]. Annual Review of Ecology and Systematics，1987（18）：489-522.

[6] HEWITT G M. Postglacial distribution and species substructure：Lessons from pollen， insects and hybrid zones[M]. London： Academic Press，1993.87-123.

[7] HEWITT G M. Some genetic consequences of ice ages， and their role in divergence and speciation[J]. Biological Journal of the Linnean Society，1996，58（3）：247-276.

[8] HONDA M H， OTA M， KOBAYASHI， et al. Phylogenetic relationship of Australian skinks of the Mabuya group （Reptilia：Scincidae） inferred from mitochondrial DNA sequence[J]. Genes Genetic Systems，1999，74（4）：135-139.

[9] 李春枝，張邦杰，李本旺. 尖塘鱧屬魚類線粒體12S rRNA基因序列分析[J].生態科學，2006，25（5）：433-436.

[10] 陳湘粦.我國鯰（鲇）科魚類的總述[J].水生生物學集刊，1977， 6（2）：197-216.

[11] MORI T， KAWAGUCHI W， HIRAKA I， et al. Isolation and identification of the major plasma fibronectin cDNA from Japanese catfish Silurus asotus[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part B： Biochemistry Molecular Biology，2007，146（1）：53-59.

[12] SEOL D W， IM S Y， HUR W J， et al. Haematological parameters and respiratory function in diploid and triploid Far Eastern catfish， Silurus asotus[J]. Genes Genomics，2008， 30（3）：205-213.

[13] SUGAWARA S， KAWANO T， OMOTO T， et al. Binding of Silurus asotus lectin to Gb3 on Raji cells causes disappearance of membrane-bound form of HSP70[J]. Biochimica et Biophysica Acta-general Subjects，2009，1790（2）：101-109.

[14] WEN H S， LIN H R， MAO Y Z， et al. Annual variations of gonadotropin content and ovarian development of feral female catfish， Silurus asotus， in central China[J]. Environmental Biology of Fishes，2003，68（3）：283-291.

[15] YOON J M， CHUNG E Y， KIM G W. Ultrastructures of oocyte development and electrophoretic patterns of the yolk protein following HCG treatment in Korean native catfish（Silurus asotus）[J]. Asian-australasian Journal of Animal Sciences，2001，14（2）：174-183.

[16] YOON J M， KIM J Y. Genetic differences within and between populations of Korean catfish （S. asotus） and bullhead （P. fulvidraco） analysed by RAPD-PCR[J]. Asian-australasian Journal of Animal Sciences，2004，17（8）：1053-1061.

[17] 李學英，王大忠，鄒 焰，等. 鲇核基因組遺傳結構的RAPD分析[J]. 河南師范大學學報（自然科學版），2009，37（1）：177-179.

[18] 王慶容，王大忠，王乾興，等. 鲇16S rRNA基因擴增片段的RFLP研究[J].西南師范大學學報（自然科學版），2007，32（5）：104-107.

[19] THOMPSON J D， GIBSON T J， PLEWNIAK F， et al. The Clustal X windows interface： Flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools[J]. Nucleic Acids Research，1997，25（24）：4876-4882.

[20] LIBRADO P， ROZAS J. DnaSP v5：A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism date[J]. Bioinformatics，2009，25（11）：1451-1452.

[21] GRANT P R， GRANT B R. Hybridization of bird species[J]. Science，1992，256（5054）：193-197.