太平洋中部黃鰭金槍魚線粒體DNA遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu),漁業(yè)論文_第1頁
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文檔簡介

太平洋中部黃鰭金槍魚線粒體DNA遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu),漁業(yè)論文黃鰭金槍魚(Thunnusalbacares)廣泛分布于太平洋、印度洋和大西洋,是一種高度洄游的商業(yè)性大洋魚類。黃鰭金槍魚肉質(zhì)鮮美,營養(yǎng)價值較高,已成為當下世界海洋漁業(yè)重要對象之一。隨著捕撈技術的提高及捕撈強度的加大,黃鰭金槍魚的資源量已經(jīng)處于過度捕撈的狀態(tài)。清楚認識黃鰭金槍魚的種群遺傳構(gòu)造將有助于把握其生活史、估算種群數(shù)量及資源變動,進而為黃鰭金槍魚資源的可持續(xù)利用和開發(fā)提供科學根據(jù)。為此,不同的學者采用了標志重捕技術、形態(tài)學手段和分子標記等方式方法對黃鰭金槍魚種群遺傳構(gòu)造進行了研究,得出的結(jié)論并不一致。線粒體DNA(mtDNA)構(gòu)造簡單、進化速率快,尤其是控制區(qū)變異最大,變異積累較高,被廣泛應用于魚類種群遺傳構(gòu)造和遺傳變異的研究。本文對太平洋中部的7個采樣群體,通過分析mtDNAD-loop基因序列,研究其遺傳多樣性和遺傳構(gòu)造,并對其系統(tǒng)地理格局進行初步的討論,以期為太平洋黃鰭金槍魚資源的合理開發(fā)、管理和保衛(wèi)提供理論根據(jù)。1、材料與方式方法1.1樣本采集2018年9月-2020年1月我們國家遠洋漁業(yè)船隊在太平洋采集到的101尾黃鰭金槍魚樣本,華而不實西部太平洋3個采樣點,分別命名為WPO1-WPO3;東部太平洋4個采樣點,分別命名為EPO1-EPO4(表1、圖1)。剪取黃鰭金槍魚尾部的肌肉組織樣本,將其固定在裝有95%乙醇的離心管并凍存于-20℃冰箱,備用。1.2DNA的提取、擴增及測序采用組織/細胞基因組DNA快速提取試劑盒(北京艾德萊生物科技有限公司)提取肌肉組織DNA,洗脫緩沖液EB溶解,1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質(zhì)量,紫外分光光度計測定DNA濃度,-20℃保存?zhèn)溆谩-loop基因擴增引物為TACRF:5-AACAACTAAATCGTCTAAGCCATACCAA-3,TACRR:5-ATACCCCACTCGAGATTTTCCTGTT-3。PCR反響中,1.0PCR反響緩沖液2模板DNA(50g/L)1Taq酶(5U/L)0.12dNTP(2.5mmol/L)1.6引物(10mol/L)各0.5剩余用ddH2O補足至20L。PCR擴增在Eppendorf熱循環(huán)儀上進行,條件為:94℃預變性3min;94℃30s,56℃30s,72℃1min,共30個循環(huán);72℃延伸10min;4℃保存。PCR產(chǎn)物由上海生工生物工程技術服務有限公司進行測序。1.3數(shù)據(jù)分析測序結(jié)果使用ClustalX1.83軟件進行比對并輔以人工校對。利用Network軟件構(gòu)建單倍型間的系譜關系,系統(tǒng)進化樹采用PUAP軟件構(gòu)建,重復計算1000次,從NCBI下載北方藍鰭金槍魚(Thunnusthynnus),南方藍鰭金槍魚(Thunnusmaccoyii)和青干金槍魚(Thunnustonggol)3個物種線粒體上控制區(qū)的部分序列作為外群,對應序列號為EU562825、GU256523和HQ425780。單倍型數(shù)、單倍型多樣性指數(shù)(h)與核苷酸多樣性指數(shù)()、堿基不配對分布曲線由軟件DnaSPversion4.00處理。不同群體間遺傳分化指數(shù)Fst、AMOVA分析、TajimasD和FusFs檢測和基因分化參數(shù)由ARLEQUINversion3.0計算,華而不實Fst的顯著性檢驗經(jīng)過Bonferroni校正,顯著性水平為P0.05,極其顯著水平為P0.01;種群擴張時間推算公式:T=/2(1)式中:是根據(jù)廣義非線性最小二乘法所估算的種群擴張參數(shù);是基因序列每一世代的突變率?;蛄?Nm)計算公式為:Nm=(1/Fst-1)/4(2)式中:Fst表示遺傳分化指數(shù)。2、結(jié)果2.1D-loop序列多樣性太平洋中部7個采樣位點獲得的101個樣本,經(jīng)PCR擴增、產(chǎn)物純化和序列測定,結(jié)果顯示,101個樣本發(fā)現(xiàn)23個變異位點,定義80個單倍型(表2)。在獲得的80個單倍型中,定義為H_1-H_80,華而不實大多數(shù)單倍型為某個群體所特有。WPO2群體擁有12個單倍型,而群體EPO4具有單倍型數(shù)最少,僅為8個(表2)。單倍型進化網(wǎng)絡分析顯示(圖2),80個單倍型中并沒有顯著的單倍型分化格局,NJ系統(tǒng)樹(圖3)同樣沒有明顯的遺傳分化拓撲構(gòu)造。遺傳多樣性分析結(jié)果顯示,所有群體單倍型多樣性(h)和核苷酸多樣性()分別為0.9940.002和0.008920.00038(表2)。2.2遺傳變異分析7個采樣群體的AMOVA檢驗發(fā)現(xiàn),98.18%的變異是發(fā)生在群體內(nèi)部(表3)。7個采樣群體的兩兩群體間Fst范圍在0.00105~0.09707之間(表4),華而不實,檢驗經(jīng)過Bonferroni校正后,所有群體的兩兩群體間的顯著性檢驗都不顯著(P0.05)。除了WPO1與WPO3(2.32546),WOP3與EPO2(2.33398)外,各群體間的基因流指數(shù)都大于3,表示清楚7個采樣群體間有著廣泛的基因溝通。2.3研究群體的群體擴張分析7個采樣群體的中性檢驗(表5)結(jié)果顯示,除了WOP3群體的TajimasD為非顯著的(P=0.615)正值之外,其他的TajimasD均為非顯著的(P0.05)負值。而7個采樣群體的FusFs均為極顯著的(P0.01)的負值。通常情況下,顯著的TajimasD和FusFs負值,表示清楚群體發(fā)生過擴張,但是在缺乏背景選擇的情況下,TajimasD會出現(xiàn)非顯著的負值,而FusFs為顯著的負值,表示清楚群體發(fā)生過擴張。7個群體核苷酸不配對分布曲線呈現(xiàn)明顯的單峰(圖4),表示清楚群體最近發(fā)生過擴張。3討論3.1黃鰭金槍魚的遺傳分化與遺傳變異性單倍型多樣性指數(shù)和核苷酸多態(tài)性是衡量一個群體mtDNA遺傳變異的重要指標,反映了各種mtDNA單倍型在群體中所占的比例,在揭示群體mtDNA遺傳多樣性方面優(yōu)越于單純的單倍型遺傳距離(D)[20]。本研究結(jié)果顯示,7個采樣群體呈現(xiàn)較高的平均單倍型多樣性指數(shù)(h=0.9940.002)和較低的核苷酸多樣性指數(shù)(=0.008920.00038)。根據(jù)GRANT和BOWEN揣測的魚類群體的4種進化格局,黃鰭金槍魚可能是由小的遺傳群體經(jīng)歷一段時間的穩(wěn)定后擴張,群體的快速增長保持了較高的單倍型多樣性和降低了核苷酸多樣性。種群間和種群內(nèi)的有效變異,能夠保持種群的自然分布范圍,防止突發(fā)性的種群滅絕。AMOVA分析顯示,98.18%的變異是發(fā)生在群體內(nèi)部,只要1.82%的變異發(fā)生在群體間,表示清楚變異的發(fā)生主要在群體內(nèi)部,對于突發(fā)性群體滅絕的抵抗能力較弱。兩兩群體間的Fst分析顯示,所有群體的兩兩群體間的Fst分析都是非顯著的,Nm值都相對較大,基本上都是大于3,表示清楚了黃鰭金槍魚7個群體之間的基因溝通比擬頻繁,能夠以為所研究的群體為同一種群(表4)。另外,基于101個樣本定義的80個單倍型構(gòu)建的單倍型網(wǎng)絡進化圖(圖2),呈現(xiàn)撲朔迷離的穿插網(wǎng)絡構(gòu)造,基于101個個體構(gòu)建的NJ進化樹(圖3)并沒有顯示出明顯的遺傳譜系分化。由此推斷,研究樣本中的101個樣本分屬同一個種群,東部太平洋和西部太平洋之間不存在顯著的群體分化。海洋作為一個大的水體,魚類能夠相對自由地運動,魚卵和幼體魚隨海流運動而運輸,因而海洋魚類群體的遺傳分化一般相對較低,不易構(gòu)成顯著的遺傳分化[22]。為此,本研究的中西太平洋和中東太平洋黃鰭金槍魚群體間較小的遺傳分化能夠歸因于個體間頻繁的基因溝通,這可以以由較大的Nm得到驗證(表4)。赤道0線附近有自東向西的冷水舌伸展,10線附近有暖水自西向東擴展延伸,冷暖水團交匯構(gòu)成強烈的輻合區(qū),容易構(gòu)成高的浮游生物富集區(qū),誘使?jié)O場的構(gòu)成。中部太平洋具備冷暖水團交匯的特點,太平洋中部海域黃鰭金槍魚在產(chǎn)卵季節(jié)進入冷暖水團交匯海域,并進行繁衍,使得東部和西部群體間的基因溝通較高,進一步同較大的基因流結(jié)果互相驗證。通常,群體遺傳多樣性與其適應性、生存和進化潛力密切相關,遺傳變異是有機體適應環(huán)境變化的必要條件。相關研究以為,動物群體遺傳多樣性與個體大小成負相關,個體越大,生命周期越長,繁衍周期就越長,而遺傳變異就越小。本研究發(fā)現(xiàn)黃鰭金槍魚群體遺傳多樣性水平偏低,可能是由于黃鰭金槍魚屬于大體型、長生命周期魚類,本身具備小的變異。外界因素上,宏大的捕撈壓力使得補充群體的逐步減少,資源量下降,致使群體遺傳多樣性下降。3.2黃鰭金槍魚種群的擴張種群的歷史性演化通常采用堿基不配對分布曲線、TajimasD和FusFs來檢測。在本研究中,TajimasD和FusFs都呈現(xiàn)負值,TajimasD顯著性檢驗并不顯著,而FusFs顯著性檢驗顯著。TajimasD反映的是較長時間的種群事件,FusFs則是對種群的最近事件相比照較敏感。在缺乏背景選擇的情況下,非顯著的TajimasD負值和顯著的FusFs同樣是種群擴張的表現(xiàn),所以本研究的中性檢測結(jié)果表示清楚了研究群體發(fā)生過最近的群體擴張,同朱葉的研究結(jié)果類似。堿基不配對分布曲線呈明顯的單峰則被以為種群經(jīng)歷了歷史擴張,本研究結(jié)果顯示,東部群體和西部群體的核苷酸不配對分布曲線都呈現(xiàn)明顯的單峰(圖3),表示清楚黃鰭金槍魚種群體經(jīng)歷了歷史的擴張。根據(jù)堿基突變率=1.110-7,取3.68~5.98之間,根據(jù)=2T,得T=/2,計算擴張時間大約在335~554萬年前。此時期正處于更新世與上新世的邊緣,由更新世的冰期變化向著上新世的穩(wěn)定氣候轉(zhuǎn)化,表示清楚太平洋黃鰭金槍魚群體在更新世冰期的影響下,發(fā)生了群體遺傳構(gòu)造的宏大變化;進入上新世后,由于氣候、溫度和地質(zhì)上的穩(wěn)定,使得群體發(fā)生迅速的擴張,同有關學者研究更新世冰期的氣候變化對于海洋魚類的種群遺傳構(gòu)造產(chǎn)生的影響結(jié)果高度一致。核苷酸不配對分布曲線(圖3)和FusFs檢測結(jié)果(表5)高度一致,證明了黃鰭金槍魚群體發(fā)生過群體擴張。3.3黃鰭金槍魚資源現(xiàn)在狀況和應對策略漁業(yè)資源的下降,使得漁業(yè)管理組織的保衛(wèi)措施進一步得到加強,黃鰭金槍魚的捕撈配額得到進一步的控制。近年來,不同的漁業(yè)管理組織對黃鰭金槍魚資源的養(yǎng)護采取了一序列的措施,黃鰭金槍魚漁業(yè)管理得到落實,捕撈配額得到限制,但是,有關學者對金槍魚的研究中,還是那樣指出黃鰭金槍魚處于過度捕撈的狀態(tài),整體漁業(yè)資源的現(xiàn)在狀況還是不容樂觀。MACKENZIE等以為,沿用單一的管理策略管理多種群構(gòu)造的漁業(yè)種群,將會使地中海地區(qū)的黃鰭金槍魚失去原有的種群構(gòu)造。由此可見,種群的遺傳構(gòu)造對漁業(yè)管理有著至關重要的作用,因而必須加大對金槍魚漁業(yè)研究的投入,通過對黃鰭金槍魚種群遺傳現(xiàn)在狀況的了解和分析,進一步制定合理有效的措施,以促進科學管理、保衛(wèi)和可持續(xù)利用黃鰭金槍魚漁業(yè)資源。從本研究的結(jié)果顯示,太平洋中部海域的黃鰭金槍魚群體并沒有顯著的遺傳分化,屬同一種群,針對本

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