基于线粒体控制区的中国东南沿海黄鳍棘鲷群体遗传多样性和遗传分化

2022-11-24叶幼玲黄张帆徐安乐黎中宝

应用海洋学学报 2022年4期

叶幼玲，黄张帆，徐安乐，汪睛，黎中宝*

(1.集美大学水产学院，福建厦门 361021；2.福建省海洋渔业资源与生态环境重点实验室，福建厦门 361021；3.福建省花鲈育种重点实验室，福建福鼎355200)

黄鳍棘鲷(Acanthopagruslatus)隶属鲈形目(Perciformes)，鲷科(Sparid)，棘鲷属(Acanthopagrus)，为浅海暖水性底层鱼类，广泛分布于日本南部、朝鲜、韩国、菲律宾、印度尼西亚、印度和中国东南沿岸海域，在中国的分布区域为浙江、福建、台湾、广东、海南以及广西沿岸海域，其营养丰富、肉质鲜美，具有极高的经济价值，是中国重要的养殖、游钓及海洋捕捞物种[1]。随着捕捞压力的加大，近海生态环境的恶化等因素导致黄鳍棘鲷的栖息地缺失，其野生资源量明显衰退[2-3]。遗传多样性是物种对不同环境的适应能力和所具备的进化潜力的反映，同时是物种保护和种质资源开发利用的基础[4]，探明野生黄鳍棘鲷的群体遗传多样性是实施保护的前提。

线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)具有严格的母系遗传、结构简单、无内含子、几乎不重组及进化速率较快等特点[5]。其中线粒体DNA控制区(mitochondrial DNA control region，CR)作为非编码区，其突变和进化速率较其他线粒体编码区序列更快，是一种理想的种内遗传学研究标记片段[6]。线粒体控制区分子标记手段已在带鱼(Trichiurusjaponicus)[7]、细条天竺鲷(Apogonlineatus)[8]、绿鳍鱼(Chelidonichthyskumu)[9]、鯻(Therapontheraps)[10]、黄鲫(Setipinnatenuifilis)[11]、大弹涂鱼(Boleophthalmuspetinirostris)[12]、日本鲐(Scomberjaponicus)[13]等海洋生物的群体遗传学研究中得到广泛的应用，表明采用该方法得出的海洋生物群体遗传多样性相关数据是翔实可靠的。

目前，我国黄鳍棘鲷的相关研究主要集中在育苗[14-15]、养殖[16-17]和生理[18-19]等方向；而有关群体遗传方面研究较少，仅见于刘红艳等(2004)[20]、龚金波(2006)[21]、Xia等(2008)[22]、何震晗等(2021)[23]和Liu等(2021)[24]的研究，但刘红艳等[20]和龚金波[21]仅采集3个群体，Xia等[22]、何震晗等[23]和Liu等[24]样品采集主要集中在北部湾、海南、东山等海域。本研究采用线粒体控制区DNA标记技术，对中国东南海域的7个野生黄鳍棘鲷群体进行群体遗传学研究，系统分析其群体遗传多样性及遗传分化，以期为中国东南沿海野生黄鳍棘鲷群体的种质资源利用和保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

本研究所用样品于2015年12月至2016年10月分别采自中国东南沿海的宁德(ND)、厦门(XM)、漳浦(ZP)、南澳岛(NAD)、湛江(ZJ)、海口(HK)、北海(BH)等7个地区共48个样品，用于控制区序列研究，各个地区所用样本数目见表1。所有样品取背部新鲜肌肉置于95%的酒精中，并在-80 ℃条件下保存。

表1 采样信息Tab.1 Sampling information

1.2 DNA提取

使用上海捷瑞生物工程有限公司的细胞/组织基因组DNA提取试剂盒(离心柱型)对样品基因组DNA进行提取，提取过程按照使用说明书进行严格操作。基因组DNA提取完成后，于分光光度计上进行DNA质量检测，之后选取质量良好的基因组DNA稀释至100 ng/μL，放置于4 ℃冰箱备用。

1.3 PCR扩增与产物测序

PCR扩增所用的控制区序列通用引物为:16086F:5′-TTAGTATGGTGACAATGCAT-3′和16621R:5′-GACACCATTAACTTATGCAA-3′[20]，引物由厦门铂尚生物科技有限公司合成。PCR反应参照刘红艳等的方法[20]，PCR产物经电泳检测后送厦门铂尚生物科技有限公司进行测序。

1.4 数据处理

测序结果使用软件BioEdit 7.0进行序列的初步比对，人工去除两端不可信序列并提交到BLAST中进行同源性分析。使用DNAstar的EditSeq软件对7个群体控制区序列的核苷酸含量进行分析。使用DnaSP 5.10软件对7个群体的多样性指数进行分析[25]，包括：简约信息位点、单一信息位点、变异位点数目、单倍型多样性指数(Hd)、核苷酸多样性指数(Pi)、平均核苷酸差异数(k)。使用Arliquin 3.5软件计算群体间的遗传分化系数(FST)统计值，通过1 000次重抽样法进行其显著性的检验，并进行7个群体间的基因流(Nm)计算以及分子方差分析(analysis of molecular variance，AMOVA)，使用Wrights方程式得出基因流数值：Nm=[(1/FST)-1]/2。使用MEGA 7.0以Kimura距离法计算7个群体的遗传距离[26]。利用DNAMAN软件，基于Kimrua距离法构建系统进化树[27]。使用PopART 1.7软件[28]构建TCS network单倍型网络图。

2 结果与讨论

2.1 黄鳍棘鲷群体的遗传多样性

研究得到48条黄鳍棘鲷的线粒体控制区序列长度为580 bp，存在1个碱基插入或缺失位点和70个变异位点，70个变异位点分为39个简约信息位点和31个单一信息位点，变异比率为12.06%。44个单倍型中(单倍型命名为Hap1至Hap44)Hap10为宁德和漳浦群体的共享单倍型，Hap24为南澳岛和漳浦群体的共享单倍型，其余单倍型为各群体所特有的单倍型。控制区序列的平均碱基含量为：A=34.20%，G=14.09%，T=31.54%，C=20.17%，A+T含量(65.74%)高于G+C含量(24.26%)，表现为明显的反G偏倚，与刘红艳等[20]的研究结果相一致。

群体的遗传多样性高低体现了物种对不同环境的适应潜力，通常采用单倍型多样性和核苷酸多样性来衡量群体的遗传多样性高低[29]。7个黄鳍棘鲷地理群体的Hd为0.893～1.000，Pi为0.010 02～0.021 35(表2)。根据Grant等(1998)提出的4种模式来进行划分[30]，黄鳍棘鲷群体表现为高Hd与高Pi的模式，表明黄鳍棘鲷群体对于复杂多变的海洋环境的适应能力较强，未出现过瓶颈效应现象，是一个大而稳定的群体。

表2 黄鳍棘鲷群体线粒体控制区序列遗传多样性参数Tab.2 Genetic diversity parameters in mtDNA CR sequences among A. latus populations

与同样基于线粒体控制区序列分析的其他海洋鱼类相比较发现，黄鳍棘鲷群体遗传多样性高于密斑马面鲀(Navodontessellatus)群体[31]、褐篮子鱼(Siganusfuscescens)群体[32]、黑棘鲷(Acanthopagrusschlegelii)群体[33]、日本鲐(Scomberjaponicus)群体[13]，低于细鳞鯻(Teraponjarbua)群体[34]和真鲷(Pagrusmajor)群体[35](表3)，本研究的黄鳍棘鲷整体遗传多样性与Xia等[22]的研究相比有所下降，这一结果与何震晗等[23]的研究结果相近，表明我国黄鳍棘鲷整体遗传多样性仍处于较高水平。朱克诚等(2021)[36]对阳江海域的黄鳍棘鲷放流苗种进行遗传质量评估，放流苗种亲本为阳江等海域野生个体，结果表明放流苗种与自然海域群体的遗传多样性水平相近，因此，推测物种增殖放流工作是黄鳍棘鲷群体遗传多样性维持在较高水平的原因之一。

表3 黄鳍棘鲷与其他海洋鱼类的单倍型多样性和核苷酸多样性的比较Tab.3 Comparison of haplotype diversity and nucleotide diversity of A. latus with other marine fishes

2.2 黄鳍棘鲷群体的遗传分化

遗传距离的大小是衡量群体间遗传关系远近的重要指标，群体间的遗传距离越大，亲缘关系越远；遗传距离越小，亲缘关系越近[37]。鱼类在属、种、群体三个水平中的判断标准为0.90、0.30和0.05[38]，本研究中7个黄鳍棘鲷群体间的遗传距离为0.010 28～0.029 87(表4)，平均值为0.018 45，远小于0.05，北海群体与其他6个群体间遗传距离最大，为0.023 06～0.029 87。遗传分化系数是衡量群体间遗传分化程度的重要指标[39]，群体间的FST值的范围为-0.068 41～0.545 86(表4)，北海群体与其他6个群体间的FST值范围为0.318 00～0.545 86，群体间的遗传分化结果与遗传距离结果相对应，均说明中国东南沿海的野生黄鳍棘鲷群体间存在地理区域性，北海群体与其他6个群体间表现出一定的分化特征。

表4 黄鳍棘鲷群体间的遗传距离和遗传分化系数Tab.4 Relative genetic distance and FST between populations of A. latus

基于群体间的FST值进行群体间的基因流计算，并进行AMOVA分析。Nm的大小与群体间的基因交流水平高低成正比[40]，如表5所示，北海群体与其他6个群体间的Nm值均小于1(0.208～0.480)，基因交流相对较匮乏，宁德、海口、南澳岛、厦门、湛江和漳浦群体间的Nm值均大于1(1.218～118.222)，基因交流较频繁，推测与海洋地理环境相关的可能性较大。对7个地理群体的黄鳍棘鲷进行AMOVA分析(表6)：未进行分组时，大部分的遗传变异存在于群体内(83.34%)；按照琼州海峡以南(北海群体)和以北(宁德、海口、南澳岛、厦门、湛江和漳浦群体)分为两个组群后，发现组群间的遗传变异比例为42.66%，组内群体间的遗传分化程度较低(FST=0.008 12)，表明北海群体与其余群体间的遗传变异程度较大，两个组群间存在一定程度的遗传分化现象。

表5 黄鳍棘鲷群体间的基因流Tab.5 Gene flow value between populations of A. latus

表6 黄鳍棘鲷群体间遗传变异的AMOVA分析Tab.6 AMOVA analysis of genetic variation among A. latus populations

续表

以黑棘鲷(Acanthopagrusschlegelii×Pagrusmajor，GenBank登录号NC_040957.1)作为外群，利用Kimrua距离法构建的系统进化树可以更直观地看出黄鳍棘鲷群体间的遗传结构(图1)，北海群体聚为单独一支，其他6个群体聚为一大支。基于TCS network构建的单倍型网络图(图2)为非典型的星状构图，其直观地反应了44个单倍型之间的关系。Hap21位于网络进化图的中心，推测可能为群体的祖先单倍型，各个群体中的单倍型并未按照水系格局和地理距离进行分布，而是混杂在一起，结果表明黄鳍棘鲷群体间并未形成多个单系群，可以看作一个进化显著单位(evolutionary significant unit,ESU)。

本研究中黄鳍棘鲷群体的遗传分化特征与龚金波[21]、Xia等[22]和何震晗等[23]的研究结果相近。一方面，如龚金波[21]的研究中所提到的，海洋属于开放环境，其地理障碍较小，不同地理来源的黄鳍棘鲷的卵随着洋流的流动进行扩散，导致不同群体之间进行基因交流，而北海群体因其与海南以北的群体隔着琼州海峡，相对其他海域较封闭，这一特殊的地理位置以及复杂的沿岸流流向使得北海群体与其他6个群体间基因交流相对较匮乏，存在一定程度的遗传分化。

3 结论

我国东南沿海黄鳍棘鲷群体的单倍型多样性指数和核苷酸多样性指数分别为0.996和0.017 30，黄鳍棘鲷整体遗传多样性处于较高水平。单倍型网络图显示我国黄鳍棘鲷群体间没有形成多个单系群，可将中国东南沿海的黄鳍棘鲷群体看作一个进化显著单位，组群间的AMOVA分析结果(FST=0.426 59)表明应将北海群体和其他6个群体间分为两个管理单位。为了能够更好地了解我国黄鳍棘鲷遗传多样性的现状，今后应进一步采用能够反映出双亲遗传信息的核DNA分子标记技术如简化基因组技术等，对中国东南沿海野生黄鳍棘鲷的遗传多样性和遗传结构现状进行深入研究，以期为其种质资源的保护和发展提供重要的科学依据。