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中国南部沿海条纹斑竹鲨和尖头斜齿鲨种群遗传学研究

陈骁  
【摘要】: 以鲨、鳐类为代表的软骨鱼类主要生活在海洋中,大约有1100种。作为食物链的顶级捕食者和海洋生态系统的重要组成部分,软骨鱼类会对许多其他海洋生物的种群结构产生影响。因此,当软骨鱼类遭到过渡捕捞后将严重影响海洋生态系统中生物群落组成及生态环境。 研究发现,相对于硬骨鱼类,大部分鲨、鳐类具有生长缓慢、成熟期长、生殖力低的特点。这些特点导致其具有较低的内禀增长率以及在捕捞压力下较低的种群恢复能力。因此,大部分软骨鱼类种群只能承受中等捕捞强度的渔业开发,否则将导致种群数量急剧减少甚至种群崩溃,并且在种群数量急剧减少后无法象许多硬骨鱼类那样快速恢复原有种群数量和规模。 当前鲨鱼渔业在世界范围内快速发展,全球鲨鱼资源已经遭到严重破坏,近十年来鲨鱼种群数量急剧下降,渔业捕捞有可能在自然选择之前造成鲨鱼的灭绝。在这种情况下,鲨鱼的种群遗传学研究显得十分重要。但是由于鲨鱼外部形态特征较少,无法反映其种群个体间的遗传差异,所以难以运用传统的标志放流观察和测量等方法进行种群遗传学研究。 从1960年代同工酶电泳技术的发展开始,分子标记技术越来越多地应用在鲨鱼种群遗传学的研究中。分子标记直接针对基因进行分析,不受环境因素、生物个体发育阶段及器官组织变化的影响,能直接揭示鲨鱼个体间和群体间的遗传差异,成为鲨鱼种群遗传学研究的有力工具。目前国外已经有大量关于软骨鱼类种群遗传学的研究报道,但是国内在这方面的研究还未见报道。因此作者利用分子标记技术对我国南部沿海两种有代表性的鲨鱼种类(条纹斑竹鲨和尖头斜齿鲨)的种群遗传学特征进行研究,充实我国软骨鱼类种群遗传学的基础理论,并为我国软骨鱼类保护和资源合理开发提供科学依据。 1采用随机引物扩增多态性DNA(RAPD)技术分析了中国南部沿海闽东(MD)、闽南(MN)、粤西(YX)3个条纹斑竹鲨地理群体遗传多样性和遗传结构.结果表明,34个随机引物在这3个群体中共检测出316个位点,各群体检测出的位点数分别为308、308、303,其中多态位点数分别为49、52、42,多态位点比例分别为15.90%、16.88%、13.86%.3个群体的Shannon多样性指数分别为0.0998、0.1055、0.0936:表明条纹斑竹鲨群体的遗传多样性水平较低.遗传距离和UPGMA聚类分析结果显示条纹斑竹鲨的基因交流模式属于沿海岸线的距离隔离模式,遗传差异大小与地理距离远近相关。分子方差分析(AMOVA)结果显示群体问存在显著的遗传结构差异(Fst=0.04404,P<0.05),变异主要发生在群体内部(95.6%)。 2对中国南部沿海5个海域的条纹斑竹鲨群体线粒体控制区序列多态性进行研究,获得长度为1094~1096bp的线粒体控制区完整序列,经过序列比对,发现了6个多态性核苷酸位点,定义了8个单倍型。5个群体的单倍型多样度(h=0.5425~0.7448)、平均核苷酸差异(K=0.625287~1.073563)和核苷酸多样度(π=0.000571~0.000980)均处于较低水平。分子方差分析(AMOVA)结果显示群体间存在显著的遗传结构差异(Fst=0.21626,P<0.0001),变异主要发生在群体内部(78.4%)。遗传距离分析显示各群体间的遗传差异大小与地理距离远近相关。系统地理学分析显示闽南群体最古老,其余群体是由闽南群体扩张发育而来。 3采用随机引物扩增多态性DNA(RAPD)技术对中国南部沿海闽东霞浦-浙南瑞安海域(MD)、闽南-台湾浅滩渔场(MN)、粤西湛江-阳江海域(YX)、北部湾海域(BBW)4个尖头斜齿鲨地理群体遗传多样性进行分析,29个随机引物在4个群体中共检测出282个位点。4个群体各自检测出的位点数分别为273、274、272、276,其中多态位点数分别为54、57、52、45,多态位点比例分别为19.78%、20.80%、19.12%、16.30%。Shannon多样性指数分别为0.104、0.107、0.103、0.090,表明尖头斜齿鲨群体的遗传多样性水平较低。遗传距离和UPGMA聚类分析结果显示尖头斜齿鲨的基因交流模式属于距离隔离模式,遗传差异大小与地理距离远近相关。分子方差分析(AMOVA)结果显示群体间存在微弱但显著的遗传结构差异(Fst=0.019,p<0.05),变异主要发生在群体内部(98.06%)。 4对中国南部沿海4个海域的尖头斜齿鲨群体线粒体控制区序列多态性进行研究,获得长度为1064bp的线粒体控制区完整序列,经过序列比对,发现了12个多态性核苷酸位点,定义了19个单倍型。4个群体的单倍型多样度(h=0.7829~0.8301)、平均核苷酸差异(K=1.314943~1.492473)和核苷酸多样度(π=0.001236~0.001403)均处于较低水平。分子方差分析(AMOVA)结果显示群体间存在微弱但显著的遗传结构差异(Fst=0.02078,P<0.05),变异主要发生在群体内部(97.92%)。遗传距离分析显示各群体间的遗传差异大小与地理距离远近相关。系统地理学分析显示祖先单倍型在各群体中的出现频率相近,各海域群体都拥有各自独特的单倍型分枝。北部湾群体的单倍型进化分枝特别明显,可能与北部湾海域较封闭的地理特征以及尖头斜齿鲨的恋出生地行为有关。 5对北部湾海域尖头斜齿鲨4个季节群体线粒体控制区序列进行比较,发现了9个多态性核苷酸位点,定义了15个单倍型。4个季节群体的单倍型多样度(h=0.7540~0.8309)、平均核苷酸差异(K=1.128736~1.503171)和核苷酸多样度(π=0.001061~0.001413)均处于较低水平,其中夏季群体的多样性最低,秋季群体最高。分子方差分析(AMOVA)结果显示群体间不存在显著的遗传结构差异(Fst=-0.00752,P>0.05)。 6对条纹斑竹鲨和尖头斜齿鲨的研究结果表明这两种鲨鱼的种群遗传多样性均较低,这主要是由于软骨鱼类线粒体DNA进化速率较低的普遍规律造成的,但是高强度的捕捞作业导致种群数量减少对种群遗传多样性的降低也有影响。 7条纹斑竹鲨和尖头斜齿鲨的的采样海域基本相同,但是表现出来的群体间遗传结构变化趋势却不同,分别与它们的行为特点保持一致。条纹斑竹鲨营底栖生活,行动缓慢游泳能力差,因此地理距离对其群体间基因交流的限制作用比较强,导致闽东、闽南、粤西群体间表现出显著的遗传结构差异。但是在同样的地理距离尺度下,活动能力较强的尖头斜齿鲨闽东、闽南、粤西群体间未表现出显著的遗传结构差异。


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