松江鱸魚遺傳多樣性研究進展

2014-11-22 05:10:22祝斐等

江蘇農業科學 2014年10期

祝斐等

作為我國一種降海洄游經濟性魚類，近年來由于人類過度捕撈和棲息環境遭到破壞，野生資源量急劇下降。本文從松江鱸魚表型、染色體、蛋白質（酶）和DNA 4個層面概述其遺傳多樣性，并分析當前資源現狀。為松江鱸魚種質資源保護和遺傳育種研究提供參考。

關鍵詞：松江鱸魚；群體遺傳多樣性；種質資源；表型；染色體；蛋白質（酶）

中圖分類號： S917文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0211-03

收稿日期：2013-12-25

基金項目：江蘇省水產三新工程重大項目（編號：D-2013-4）。

作者簡介：祝斐（1987—），男，碩士研究生，從事海水魚類遺傳育種學研究。E-mail：ebancool@126.com。

通信作者：張志勇，研究員，主要從事海水養殖及海洋生物學方面的研究。Tel：（0513）85228256；E-mail：13906292412@139.com。遺傳多樣性作為物種多樣性、生態系統多樣性和景觀多樣性的基礎，是評判生物進化和適應能力的基本方法，一般種內遺傳多樣性越高，該物種的適應能力越強。目前遺傳多樣性研究方法越來越豐富，早前一般從形態學、染色體核型分析及同工酶等手段進行檢測，隨著生物技術的發展和測序技術的不斷完善成熟，通過分子標記技術，檢測群體的遺傳多樣性水平不僅具有重復性好且穩定的特點，近些年分子標志技術被廣泛應用于魚類分子遺傳學領域。近些年，野生松江鱸魚資源極其稀少，被列為國家二級保護魚類。為探討松江鱸魚種質資源現狀和如何有效保護開發利用松江鱸魚資源，本文從表型、染色體、蛋白質（酶）、DNA 4個層次簡述國內外有關松江鱸魚遺傳多樣性的研究進展，為今后開展松江鱸魚種質資源保護以及遺傳育種提供參考。

1松江鱸魚的基礎生物學

松江鱸魚（Trachidermis fasciatus Heckel），別稱四鰓鱸、媳婦魚、花鼓魚等，隸屬于鲉形目（Scorpaeniforme）杜父魚科（Cottidae）松江鱸魚屬（Trachidermis）的一類降海洄游名貴魚類，其主要分布于日本南部海灣、朝鮮半島西岸、中國沿海東北部海區以及它們相應的河流下游[1-3]。松江鱸魚作為一種降海產卵魚類，每年在淡水水域育肥后，11月份開始洄游至河口或近海水域（由于水溫等環境因素的影響，不同海區產卵及洄游時間略有差異）。雄雌魚除在繁殖期間，形態差異不明顯而不易區分，在自然環境中卵多產在隱蔽的牡蠣殼堆或石縫內，雌魚產卵后，由雄魚護卵直至子代出膜，其中大部分的親魚在當年死亡。人工養殖條件下，不需要經過淡水育肥直接在全海水環境下繁殖養殖，松江鱸魚耐受的鹽度范圍較廣（0～3.3%），生長適宜溫度為16～25 ℃。受精卵孵化適宜溫度4～14 ℃，最適溫度10～11 ℃[4-8]。從20世紀70年代以來在松江鱸魚增養殖技術上取得重大突破[9-16]；但由于最初選用的親本為數量本已稀少的野生個體，在這種近親繁殖情況下，松江鱸魚種質問題不容忽視。近些年來，國內外眾多學者已認識到保護松江鱸魚種質的重要性和迫切性，并著手開展工作[17-23]。

2松江鱸魚的遺傳多樣性

2.1表現型

表現型多樣性就是同一物種表現出多種形態的現象。種內和群體間表現型性狀均存在一定程度的差異，通過測定、分析對象的表現型性狀來評價遺傳多樣性。盡管利用表型性狀具有直觀、快捷等特點，但由于魚類的某些性狀，特別是數量性狀易受到環境因素的影響。因為表現型性狀不僅受基因控制還受到生長發育、種群大小、種群結構、地理位置等多因素的影響。王金秋等采用差異系數和均數差異顯著性這2種數理統計分析方法，根據表現型性狀對遼寧鴨綠江、山東青龍河和錢塘江水系的富春江3個松江鱸魚種群進行研究，認為山東種群與錢塘江群體的形態性狀差異較與遼寧差異小[24]。蔣鑫等對黃河、灤河地域的松江鱸魚的成體皮膚進行了顯微和亞顯微結構分析對比，結果發現灤河群體幼魚真皮僅為丘狀突起，而黃河群體皮膚角質棘狀突起，即兩者在表皮結構存在一定差異[25]。

2.2染色體

染色體是遺傳物質的載體，通過描述研究對象體內所有染色體大小、形狀和數量信息等來了解染色體變異程度。染色體變異主要表現在染色體組型特征的變異。各種染色體形態的微小變異，其中包括染色體數目變異（整倍體、非整倍體）和染色體結構變異（缺失、易位、倒位、重復）[26]。目前染色體制片手段常見的為壓片法、胚胎細胞-低滲-空氣干燥法、外周血淋巴細胞（或腎短期）培養-低滲-空氣干燥法、腎細胞PHA活體注射-火焰干燥法（或空氣干燥法），多采用吉姆薩（Giemsa）染色法，此外利用顯帶技術（CMA熒光染色、Ag-NORs、C-帶和復制帶等使得染色體分析技術出現多元化的特點[27]。國內對松江鱸魚的染色體分析結果顯示，2n=40，NF=60[28]，日本學者Abe采集日本樣本進行染色體核型分析，得到2n=40，NF=64[29]。兩者結果在染色體臂比上存在差異，但在地理群體的細胞學差異等未見報道。

2.3蛋白質（酶）

魚類的蛋白質（酶）多樣性研究多集中在糖蛋白、同工酶、血清蛋白、血紅蛋白和肌肉蛋白等。主要利用蛋白質電泳技術根據蛋白質結構差異和遷移率的不同探討遺傳變異，其中同工酶技術應用更為廣泛。王金秋等先通過6種同工酶系統研究遼寧鴨綠江流域野生群體，結果提示其遺傳多樣性較低[30]；次年對該流域松江鱸魚天然種群的8種同工酶（EST、MDH、LDH、ME、α-AMY、GDH、ADH、G6PD）的20個基因座位進行分析，結果表明，該野生種群的多態座位比例（P）為10%，平均雜合度（H）為0.030，均低于與其相似生活習性的其他魚類的平均值，酶水平檢測顯示其種內遺傳變異性較小[31]。

2.4DNA

從表現型、蛋白質、染色體來研究遺傳多樣性，可利用的多態位點較少，易受環境影響，且可重復性差。由于親本的遺傳差異加上多代的變異性，導致在DNA水平上個體之間也存在差異。這種差異從本質上講是DNA堿基存在的差異，并可通過孟德爾方式遺傳。隨著分子遺傳學的發展，利用分子手段研究生物多樣性具有結果穩定可靠，可重復性高的特點，越來越受到研究者的青睞。分子標記在遺傳學研究上主要集中在：（1）對不同群體遺傳結構和遺傳分化進行評估；（2）人類的生產活動（包括人工養殖、種苗繁育及選育等操作）對群體遺傳多樣性的影響程度；（3）群體間親緣關系及系統進化關系研究[32]。當前，線粒體標記和微衛星標記對松江鱸魚遺傳多樣性、系統分類和種質鑒定等方面進行研究。

2.4.1線粒體DNA（mtDNA）線粒體DNA（Mitochondrial DNA，簡稱mtDNA）結構簡單，具有半自主復制的特點，其中（COI、Cytb、16rRNA、D-loop控制區等）作為一種母性遺傳的分子標記被廣泛地應用于物種遺傳多樣性研究。魚類mtDNA基因組一般為13.5～19.3 kb，包括2個rRNA基因、13個蛋白質編碼基因、1個非編碼區和22個tRNA編碼基因[33]。Zeng等獲得近緣物種設計引物，再通過測序拼接的方法得到線粒體全基因組序列信息[34]。劉亞楠通過mtDNA控制區多樣性分析威海海域松江鱸魚，其研究結果表明該海域的松江鱸魚具有較高的遺傳多樣性水平[35]。高天翔等對中國沿海7個松江鱸魚群體和日本有明海松江鱸魚群體的線粒體Cytb 基因全序列進行了測定、分析，其結果顯示：47個個體共檢測到31個單倍型，8個群體均呈現出較高的單倍型多樣性（060～1.00）和較低的核苷酸多樣性（0.000 5～0.004 1）的特點[36]。邵芳等利用線粒體D-loop控制區序列分析了長江、丹東和葫蘆島三個地理群體的系統進化，結果為三個地理群體未發現明顯的地理序列特征，表明3個地理群體松江鱸的分隔時間短[37]。

2.4.2ISSR標記ISSR標記最早由Zietkiewicz等[38]提出。其作為一種高精度、高容量的分子標記，近年來已被廣泛地應用于親緣關系鑒定和遺傳遺傳多樣性分析以及連鎖圖譜的構建。Bi等利用ISSR標記對松江鱸魚的野生群體和養殖群體進行比較后發現，養殖群體的遺傳多樣性顯著降低，其中養殖群體（QHD）多態位點百分率73.80%，Neis基因多樣性0178 2，香農指數0.276 9；野生群體（DD）多態位點百分率86.36%，Neis基因多樣性0.0.230 2，香農信息指數 0.350 7[39]。馬召騰等利用ISSR分子標記技術分析了松江鱸魚4個不同地理群體（浙江富春江、山東黃河入海口、河北灤河和遼寧鴨綠江）群體間的遺傳變異，結果表明，河北灤河與其他地理群體遺傳距離較遠；4群體中，河北灤河群體多態位點百分率、Neis基因多樣性、香農信息指數均為最低，分別為4917%、0.153 0、0.232 2；而遼寧鴨綠江群體的相應值為最高，分別為74.03%、0.277 7、0.411 2[40]。此外徐建榮等利用ISSR和AFLP分子標記共同對遼寧丹東和河北秦皇島2個地區松江鱸群體遺傳多樣性的分析，結果表明，2個群體遺傳多樣性處于一個水平，多態位點百分率分別為50.28%、5000%，平均雜合度和香農信息指數分別為0.169 0、0.173 3 和0.253 4、0.259 2[41-42]。

2.4.3其他分子標記曾珍等對富春江、黃河、灤河和鴨綠江等4個松江鱸魚野生群體共120 尾個體進行 RAPD 分析，結果表明，松江鱸魚野生群體的遺傳多樣性較為豐富[43]。張文學利用MHCⅠA基因對威海和東營群體進行了同源比對和進化分析，結果表明威海和東營群體之間有中等的遺傳分化，即2個群體之間已經出現了形態和遺傳學上的分化，但還未達到亞種的水平。因此，它們之間的差異仍然是屬于不同地理群體間的差異[44]。此外，Ren等[45]和Liu等[46]從松江鱸魚基因組中獲得一定數量的微衛星標記，有助于松江鱸魚的群體遺傳學研究。

3展望

中國松江鱸魚群體與日本南部群體不僅在受精卵徑、初孵化幼苗體長存在顯著差異，而且國內報道松江鱸魚在鹽度為3.0%～3.2%的海區中進行產卵[4]；而日本南部松江鱸魚的產卵場在河口附近，而非海區內，其河口鹽度為0.8%～22%[47]；國內黃河群體與灤河群體從表型性狀——真皮顯微結構也存在差異。以上證據提示了不僅中國群體與日本南部群體間存在生物學差異，而且在中國境內的松江鱸魚也存在種群差異現象。但目前野生群體的遺傳多樣性水平不容樂觀，加之人工養殖群體遺傳多樣性呈現顯著降低的趨勢，該問題必須引起高度重視。

3.1松江鱸魚自然資源的保護和科學人工養殖

為降低松江鱸魚野生種群種質退化的危險，必須首先加強對野生種質資源的保護，在自然水域就地建立松江鱸魚種質保護區，防止松江鱸魚種質退化；其次加強監控，嚴格控制野生松江鱸魚的捕撈和銷售；同時加強對野生資源的補充，加強人工增殖放流，以其漸漸恢復松江鱸魚野生種群數量。各地人工養殖地區應盡早建立以本地野生松江鱸魚為親本的良種場，積極開展種質資源保護親本的更新，為各地資源恢復和增養殖提供有力保障。

3.2制定松江鱸魚種質標準

以我國各大水系野生松江鱸魚資源為藍本，盡快建立松江鱸魚種質標準，以便為保護松江鱸魚遺傳多樣性提供理論依據。

3.3構建松江鱸魚種質基因庫

構建種質資源基因庫對廣泛開展分子生物學研究提供基礎，這將有利于開展松江鱸魚分子標記、遺傳學研究、系統分類、遺傳圖譜構建和QTL定位，乃至分子輔助育種工作。

3.4以選育優良品種為目標，開展松江鱸魚育種工作

選育出具有生長快、抗逆性強的優良品種一直是魚類人工養殖的目標之一，而遺傳育種的本質即篩選得到具有這些經濟性狀相關的基因。松江鱸魚種質資源分布廣泛，松江鱸魚遺傳多樣性研究為選育出具有這些優良基因的松江鱸魚品種奠定良好的基礎。

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