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《上海海洋大学》 2019年
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分离位点数目评估水环境DNA中的物种密度及渤海黄尾鰤的遗传、形态调查

艾巧云  
【摘要】:在生态学研究中,环境DNA技术已经被成功用于进行调查物种的存在,但是应用环境DNA技术进行物种丰富度评估的效果不佳。目前用环境DNA技术进行物种丰富度的评估即找出目标DNA的拷贝数与物种的生物量或密度之间的关系。但是环境中的DNA数量通常受到多种复杂因素的影响,比如距离、个体大小、温度、季节、喂食及繁殖行为,对不同的水体样本来说,这些因素都是不同的,复杂多变的因素阻碍了DNA拷贝数和物种丰富度之间关系的评估。在本文的研究中,我们提出用分离位点数目而不是DNA拷贝数进行水生物种密度的评估。我们以矛尾刺虾虎鱼(Acanthogobius hasta)和双带缟虾虎鱼(Tridentiger bifasciatus)作为目标物种进行体外实验、模拟实验、环境DNA实验进行物种丰富度和分离位点数目的关系评估。体外实验和模拟实验的结果都显示分离位点数目与已知的个体数目之间存在非常显著的相关性(R20.9;P0.01)。环境DNA实验的结果显示分离位点数目与物种密度之间也存在非常显著的相关性(P0.01)该关系不受个体大小或者进食行为的影响(P0.05)。通过将分离位点数方法和DNA拷贝数法进行比较发现用分离位点数目进行物种密度估测(R2=0.70)比用DNA拷贝数方法(R2=0.46)更准确。相比基于DNA拷贝数的方法,用分离位点数目进行水生物种密度的评估是一种更有效且更有前景的替代方法,这一创新可能使环境DNA技术能够进行准确的物种定量。将分离位点方法运用到自然水域中进行物种的密度评估是本研究的最终目的,我们将黄尾鰤(Seriola lalandi)这种经济型海洋鱼类作为目标物种。虽然该物种在中国已开始商业化养殖,但是育种前期的遗传学和形态学基础信息却不够全面,无法为环境DNA定量研究提供有效的参考。本文用中国渤海水域中的黄尾鰤样本与澳大利亚南部水域的黄尾鰤种群样本进行比较,基于17,690个核基因位点探究中国黄尾鰤的群体结构和遗传多样性,遗传多样性的评估通过预期杂合度、观测杂合度和核苷酸多样性几个参数值。为了确保后续研究样本采集的准确性,我们对来自两个种群的样本个体的形态进行比较,通过可数性状和构建外形结构找出可以用来鉴别中国渤海黄尾鰤的外形特征。结果发现中国渤海黄尾鰤和澳大利亚南部水域黄尾鰤是两个完全没有进行过基因交流的群体,物种界定结果也支持将两个种群的个体分为两个物种,但是两个群体样本的遗传多样性显示没有显著的差异,在中国样本中,预期杂合度为0.19,观测杂合度为0.19,核苷酸多样性为0.19±0.09;而在澳大利亚样本中,预期杂合度为0.23,观测杂合度为0.22,核苷酸多样性为0.22±0.11。我们对来自两个种群的黄尾鰤样本的形态进行了比较发现外形上的区别主要在背鳍棘的数目(中国黄尾鰤大多为6个,澳大利亚黄尾鰤大多为5个)、胸鳍的数目(中国黄尾鰤大多为22个,澳大利亚黄尾鰤大多为20个)、鳃耙的数目(中国黄尾鰤:4+15-10+19,澳大利亚黄尾鰤:4+13-8+17)。我们基于8个地标点构建出的两个种群样本的几何形态也显示出两个种群个体外形上的显著差异:中国黄尾鰤吻端到胸鳍起点的距离(0.28-0.3)小于澳大利亚黄尾鰤(0.31-0.38);中国黄尾鰤吻端到胸鳍起点的距离(0.19-0.25)也小于澳大利亚黄尾鰤(0.24-0.27)。最后,我们从17,690个核基因中筛选出两种群间差异最显著的20个位点作为后续研究的备选基因。结果表明黄尾鰤自身丰富的遗传多样性作为环境DNA定量研究的目标物种理论上是可行的,同时,我们获得的数据也为黄尾鰤的遗传育种提供了基础信息,方便进行黄尾鰤遗传潜力的开发,加快黄尾鰤商业化养殖的步伐。
【学位授予单位】:上海海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:Q953

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