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鳜类及其两种牛首科寄生虫的系统发育研究

陈达丽  
【摘要】: 鳜类(sinipercids)鱼类是一群淡水鲈形目鱼类,而隶属于牛首吸虫科的(Bucephalidae)范尼道弗吸虫(Dollfustrema vaneyi)和合肥道弗吸虫(Dollfustrema hefeiensis),是鳜类鱼类多数成员肠道寄生虫中的常见种。尽管目前已有一些基于形态和分子水平的系统方面的研究,但对鳜类系统发育及其进化地位尚有较大争议。另一方面,范尼道弗吸虫和合肥道弗吸虫在地理分布、宿主分布以及形态特征均有较高相似性。因此,我们对鳜类和这二种近缘的牛首科吸虫进行了系统发育分析,并对鳜类与这二种寄生虫的协同进化关系进行了初步探讨。 首先,以线粒体细胞色素b(cyt b)基因全序列为标记,分析了鳜类中的10种以及11种与鳜类相近并代表不同的科的外类群的系统发育关系。采用邻接法、最大简约法、最大似然法和贝叶斯法分别进行系统发育重建,采用Shimodaira-Hasegawa test (SH test)、approximately test (AU test)和paramatric bootstrap test检验相互竞争的拓朴树或系统发育假设,并运用Bayesian松散分子钟方法,估算鳜类鱼类的分化时间。系统发育分析表明:作为外类群的9个物种,即分别代表鮨科(Serranidae)、锯盖鱼科(Centropomidae)、发光鲷科(Acropomatidae)、谐鱼科(Emmelichtyidae)、篮子鱼科(Siganidae)、海鲈科(Moronidae)和太阳鱼科(Centrarchidae)的种类,均插入鳜类的鳜属(Siniperca)和少鳞鳜属(Coreoperca)之间,这为鳜类的非单系起源提供了明显的证据。少鳞鳜属似乎与代表太阳鱼科的Centrachus属亲缘关系更近,而在少鳞鳜属,日本少鳞鳜(C. kawamebari)位于系统树基部,中国少鳞鳜(C. whiteheadi)和朝鲜少鳞鳜(C. herzi)形成姐妹种。在鳜属中,长身鳜(S. roulei)位于基部,麻鳜(S. fortis)次之,鳜(S. chuatsi)和大眼鳜(S. kneri)是最分化的,并与暗鳜(S. obscura)形成姐妹群。而斑鳜(S. scherzeri)和波纹鳜(S. undulata)的系统发育位置不确定。 然而,不同的系统发育重建方法得到的系统发育树拓扑结构并不完全一致,且只有paramatric bootstrap检验能显著拒绝鳜类的单系性(P 0.01)假设,支持鳜类的并系起源。鳜科的非单系起源可能表明,传统分类上建立鳜科的“共同离征”,比如说圆鳞,可能是至少两次独立起源产生的。基于最优的系统发育假设,采用贝叶斯松散分子钟,首次为鳜类鱼类的进化提供了分子钟尺度。鳜属大约起源于22.71±4.84 Mya,从渐新世到中新世之交辐射到更新世,在中新世伴有几次快速的成种事件;而少鳞鳜属最有可能起源于约22.90±3.78 Mya。 核基因的内含子被普遍用作系统发育标记,但是当产生系统发育假设时,关于排序策略和插入/缺失的处理方法的一系列问题并没有明确的阐述。通过设置不同的比对参数,采用Clustal x和POY 3.0.11对核基因S7核糖体蛋白(rpS7)基因内含子2序列进行比对,进而探讨鳜类的系统发育。比对产生的空位分别处理成缺失性状(missing data),用GapCoder软件对空位进行编码并将这些编码附加在原有序列之后,以及将不能排定的位点去掉。处理好的序列矩阵采用最大简约法、最大似然法和贝叶斯法分别构建分子系统发育树。用一致节点的总数目(MP:BP≥75%;ML:BP≥75%;BI:PP≥0.95)来评价分析策略。发现,POY软件(gap cost分别为1和2)比对得到的数据建树一致性节点数均比Clustal x比对建树的一致性节点数高。采用了gapcoder编码空位(gap)的数据建树普遍比其它两种方法好。同时,将不能排定的位点剔除会使系统发育信息减少,对系统发育分析是不利的。基于POY软件(gap cost = 2)比对得到的数据构建的系统发育树中,鳜属和少鳞鳜属的单系性得到支持,但鳜类的单系性由于N. spinosus的插入被破坏。在少鳞鳜属中,朝鲜少鳞鳜(C. herzi)位于基部,中国少鳞鳜(C. whiteheadi)和日本少鳞鳜(C. kawamebari)形成姐妹种。在鳜属中,麻鳜(S. fortis)和波纹鳜(S. undulata)聚成一枝,其它种类形成另一枝:斑鳜1(S. scherzeri 1)位于基部,长身鳜(S. roulei)和斑鳜2(S. scherzeri 2)次之,鳜(S. chuatsi)和大眼鳜(S. kneri)是最分化的,并与暗鳜(S. obscura)形成姐妹群。 我们选用一种免疫分子,即viperin基因来重建鳜类的系统发育。为了评价viperin基因的系统发育意义及它与其它基因的一致性,采用单独以及联合的方法分析7307bp的分子数据,这些数据包括cyt b、16S rRNA和细胞色素c氧化酶亚基1(CO1)这三个线粒体基因,以及核基因viperin基因和S7核糖体蛋白基因(rpS7)内含子1和2。各基因片段的系统发育意义和系统发育一致性通过一致性检验、一致节点数和PBS(Partitioned Bremer support)来确定。尽管检测到线粒体基因和核基因之间的系统发育信号的显著异质性,通过AU检验(approximately unbiased test)和SH检验(Shimodaira-Hasegawa test)都支持基于viperin基因构建的贝叶斯树是最佳拓扑结构树,其拓扑结构为((中国少鳞鳜,(日本少鳞鳜,朝鲜少鳞鳜)),((暗鳜,斑鳜),((波纹鳜,麻鳜),(长身鳜,(大眼鳜,鳜)))));而基于其它基因片段和联合数据构建的贝叶斯树都被显著拒绝。六个基因片段的拓扑评估表明,在现有的采样水平上,viperin基因比本研究中所选用的其它基因的系统发育适用性更好,将该基因用于其它鱼群的系统发育分析可能会很有趣。 从采自不同地点、寄主和寄生部位的范尼道弗吸虫(Dollfustrema vaneyi)和合肥道弗吸虫(D. hefeiensis)共60个个体中扩增并克隆得到完整的核糖体转录间隔区(ITS1-5.8S-ITS2)序列。通过计算P-distance遗传距离和系统发育重建,以探讨ITS在物种鉴定和系统发育重建中的意义。在范尼道弗吸虫的38个个体中,发现44个多态位点及21个单倍型;而在合肥道弗吸虫的22个个体中,发现43个多态位点和16个单倍型。两种寄生虫之间没有共享的单倍型。两种寄生虫之间的单倍型多样度较核苷酸多样度更为相似。所有用于分析的样本的ITS1种间遗传距离变化范围在0.0441—0.0744,平均为0.0536,种内遗传距离在0—0.0421之间,平均为0.00948;ITS2种间遗传距离变化范围在0.0513—0.0736,平均为0.0576,种内遗传距离在0—0.0435之间,平均为0.00525。种间遗传距离远远大于种内距离;表明以ITS1和ITS2为遗传标记,可以在物种水平上对这二个种相似种进行准确的鉴定。系统发育分析(包括邻接法,简约法,最大似然法和贝叶斯法)都得到两个支持率很高的分枝,分别对应于范尼道弗吸虫和合肥道弗吸虫。然而,两个物种的内部进化关系并不一致,尽管它们均未显示与地理和寄主相关联的特异性结构,但能说明这两个种含有复杂的进化历史。


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