中国松鼠(Sciurus vulgaris)遗传系统分化与遗传多样性研究

摘要

松鼠是分布范围最广泛的树松鼠，从伊比利亚和大不列颠岛起始，东至堪察加半岛、俄罗斯萨哈林岛和日本的北海道，南至地中海、黑海、蒙古北部、中国的西北和东北地区，广泛分布于古北界温带和寒温带森林生态系统中。我国松鼠由于森林的破坏和种群斑块的影响，近些年数量明显减退，分布区明显退缩，例如，目前与东北亚种为同名词的华北亚种(S.v.chiliensis)，已经在我国河北省灭绝。保护生物学强调对生物多样性的保护，尤其是遗传多样性的保护。种群遗传多样性是对抵抗疾病和潜在进化能力进行评价的一个重要的指标。从保护这个物种出发，中国松鼠的遗传多样性有待进一步研究。松鼠由于其形态学标准已经不能完全反映出其亚种的真实分化，因此进一步的分子生物学研究，明确其遗传结构，能够为其亚种分化提供科学的依据。我国松鼠是探讨欧亚大陆松鼠分子系统地理问题的重要部分，因此中国各地松鼠的分子系统地理学研究将反映出冰期后地理和历史事件，有助于进一步了解松鼠冰期后扩散和进化情况。因此，本研究有待解决以下3个问题:(1)中国松鼠的的遗传多样性水平;(2)中国松鼠的遗传结构和分子系统地理分布;(3)了解松鼠冰河后期的扩散历史。
　　鉴于以上问题的存在，本研究利用mtDNA控制区的序列片段(252 bp)、mtDNACytb基因的序列片段(359 bp)和8个微卫星位点(Scv1、Scv3、Scv31、Scv32、RSμ1、RSμ4、RSμ5、RSμ6)作为研究的分子标记。针对以下3方面进行了研究:应用微卫星标记对中国松鼠的遗传多样性研究;应用mtDNA对中国松鼠的遗传多样性研究;中国松鼠的分子系统地理学研究。最终得出以下结果:
　　1、基于微卫星分子标记，中国松鼠整体有平均等位基因数为14.3750;观测杂合度平均值为0.7265;多态信息含量平均值为0.8370;香农信息指数平均值为2.2333。研究发现中国松鼠整体具有较高的遗传多样性。遗传多样性从高到低的顺序表现为:大兴安岭种群、长白山种群、完达山种群、小兴安岭种群、阿尔泰种群、天山种群;三个亚种中，东北亚种遗传多样性最高，阿尔泰亚种略高于鄂毕亚种。
　　2、基于微卫星分子标记，各个种群都存在不同情况的微卫星位点不符合Hardy-Weinberg平衡，Hardy-Weinberg不平衡很可能受到近交影响所致，但各个种群在近期没有经历明显的瓶颈效应。
　　3、基于微卫星分子标记，分子变异方差分析(AMOVA)，估测仅有6.44％(P＜0.05)的遗传变异来源于亚种间，以及有1.76％(P＜0.05)的遗传变异来源于亚种内各种群之间，其余91.80％(P＜0.05)的变异均来源于种群内的个体间。个体间遗传分化明显大于群体间的遗传分化，我国分布的3个亚种具有遗传结构，并且东北亚种的4个种群也存在遗传结构，4个种群间的遗传关系与地理关系不符。
　　4、基于mtDNA数据，我国松鼠的单倍型多态性为0.953±0.011，核苷酸多态性为0.0103±0.0006。104个样本的mtDNA控制区片段进行分析，共获得44个单倍型;100个样本的Cytb基因片段进行分析，共获得8个单倍型。我国松鼠整体遗传多样性较高，具有较高的遗传多样性是欧亚大陆松鼠的一个共性特征。东北亚种的遗传多样性明显高于鄂毕亚种和阿尔泰亚种。
　　5、基于mtDNA数据，进行了最大简约法(maximum parsimony, MP)、采用最大似然法(maximum likelihood，ML)及贝叶斯法(Bayesian inference，BI)系统发生树分析，3种系统发生分析方法对中国获得单倍型构建的拓扑树结构表现基本一致，除了意大利南部卡拉布里亚(Calabrian)的1个单倍型产生明显的分化支，其它欧亚大陆各国松鼠都聚类在一个大支上，说明整个欧亚大陆的松鼠没有明显的遗传结构。
　　6、基于mtDNA数据，中国松鼠整体错配分布图图形接近单峰，无论分别对控制区和Cyt b基因的Fu's FS中性检测结果(控制区:FS=-25.94，P=0; Cyt b基因:FS=-3.71，P=0.017＜0.02)，还是将两段序列进行合并分析的结果(FS=-24.50，P=0)，都显示中国松鼠整体经历过数量扩张，其中东北亚种显现经历了明显的种群扩张。
　　7、基于mtDNA数据，本研究发现了在欧洲和中国共有的控制区和Cyt b基因单倍型，共有单倍型在欧洲和中国出现的频率都很高。除了在意大利南部卡拉布里亚的1个单倍型产生明显的分化支，其它欧亚大陆各国松鼠都聚类在一个大支上。这些结果都支持中国松鼠起源于来自于意大利南部卡拉布里亚(Calabrian)冰期避难所。
　　8、微卫星系统地理学分析结果与中国松鼠亚种分化及地理分布是基本一致的。提出了松鼠的进化路线:离开意大利南部卡拉布里亚(Calabrian)冰期避难所后的松鼠进入欧洲的中部和东部，随着第四期冰期后森林扩散的方向向东进入新西伯利亚地区（鄂毕亚种的天山种群引种地），然后向东进入阿尔泰地区，然后通过俄罗斯的森林向东进入我国东北部地区。

目录

摘要

1 绪论

1．1 分子系统地理学与其在啮齿动物中的应用

1．1．1 应用于分子系统地理学的分子标记

1．1．2 促进分子系统地理学形成与发展的理论及方法

1．1．3 啮齿动物分子系统地理学的研究进展

1．1．4 展望

1．2 遗传多样性研究与其在啮齿动物的应用

1．2．1 啮齿动物遗传多样性研究的方法

1．2．2 遗传多样性研究在啮齿动物中的应用

1．2．3 展望

1．3 松鼠生物学研究概述

1．3．1 分类地位及分布区域

1．3．2 亚种分化

1．3．3 生物学特性的研究

1．3．4 基于分子生物学方法松鼠的研究进展

1．4 本研究的目的和意义

2 应用微卫星标记对中国松鼠的遗传多样性研究

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验方法

2．3 结果

2．3．1 微卫星测序分型结果

2．3．2 无效等位基因

2．3．3 连锁不平衡检测

2．3．4 遗传多样性

2．3．5 Hardy-Weinberg平衡分析

2．3．6 遗传瓶颈效应

2．3．7 种群间的遗传分化

2．3．8 种群间的聚类分析

2．4 讨论

2．4．1 微卫星位点的扩增有效性

2．4．2 遗传多样性

2．4．3 Hardy-Weinberg平衡与遗传瓶颈效应

2．4．4 种群间的遗传分化

2．5 本章小结

3 应用mtDNA对中国松鼠的遗传多样性研究

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验方法

3．3 结果

3．3．1 mtDNA控制区片段的遗传多样性结果

3．3．2 mtDNA Cyt b基因片段的遗传多样性结果

3．3．3 mtDNA聚类分析

3．3．1 中性检测与种群扩张

3．4 讨论

3．4．1 遗传多样性

3．4．2 遗传结构

3．4．3 中性检测与种群扩张

3．4．4 松鼠遗传多样性研究的展望

3．5 本章小结

4 中国松鼠的分子系统地理学研究

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验方法

4．3 结果

4．3．1 mtDNA序列特征

4．3．2 mtDNA系统发生分析结果

4．3．3 结合松鼠属其它物种系统发生分析结果

4．3．4 微卫星分子标记系统发生分析结果

4．3．5 中性检测与种群扩张

4．4 讨论

4．4．1 基于mtDNA分子系统地理学分析

4．4．2 基于微卫星标记分子系统地理学分析

4．4．3 松鼠分子系统地理学研究展望

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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