鲚属鱼类和江鳕的线粒体基因组全序列研究

摘要

鲚属（Coilia）鱼类是广泛分布于太平洋西北部和印度洋中小型鱼类，主要栖息于沿岸海域，多进行短距离溯河生殖洄游。我国鲚属鱼类的分类一直存在争议。江鳕(Lota lota)是鳕科中唯一的淡水鱼类，主要分布在北纬40°以北的欧洲、亚洲和北美洲，是北极淡水区冷水性肉食鱼类。本研究对刀鲚、凤鲚和七丝鲚的线粒体基因组结构和组成进行了分析与比较，并在线粒体基因组全序列水平探讨了鲚属鱼类的系统发育关系以及刀鲚、凤鲚的种内遗传分化程度。同时，比较分析了江鳕三个区域内个体的线粒体基因组的结构和组成，并讨论了江鳕在分布范围内的遗传分化。主要结果如下:
　　1.刀鲚、凤鲚和七丝鲚线粒体基因组特征分析
　　本研究扩增得到刀鲚三个单倍型类群的线粒体基因组全序列，全长分别为16896 bp、16900 bp和16896bp;凤鲚南北世系的线粒体基因组全序列，全长分别为16964bp和17075bp;七丝鲚线粒体基因组全序列全长为16851bp。三种鲚属鱼类长度差异主要由于三者控制区内均存在串联重复序列。三者线粒体基因组包括13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和2个非编码区（控制区和OL），其排列顺序与大多数脊椎动物相一致。在碱基组成上，GC含量在两条链中均具明显偏倚，但AT含量相差不大，H与L链蛋白质编码基因密码子第三位点分别呈现明显的反G和反C偏倚，并反映在以相同碱基结尾的密码子使用偏好上。三者蛋白质编码基因的起始密码子和终止密码子完全相同，除COI以GTG为起始密码子外，其余均以ATG为起始密码子;终止密码子包括TAA、TA-和T--三种类型。除了tRNASer(AGY)外，其余tRNA均能形成稳定的茎环结构，刀鲚各单倍型类群间及凤鲚南北世系间在tRNA上的碱基替换大多发生在环区。除了存在串联重复序列而导致线粒体基因组全序列长度差异外，鲚属鱼类控制区结构较为保守。在控制区识别了终止序列区、中央保守区（CSB-F～-D）和保守序列区(CSB-1～-3)。刀鲚三个单倍型类群线粒体基因组全序列间歧义度较小(＜0.004)，但凤鲚南北世系线粒体基因组全序列间呈现较大的歧义度。
　　2.基于线粒体基因组全序列的鲚属鱼类系统发育关系
　　联合线粒体基因组中各进化速率不同的片段，利用贝叶斯联合模型和ML分析方法重建了鲚属鱼类的系统进化关系，结果显示，所研究的鲚属鱼类分为两个大分支。第一个分支中包含刀鲚、七丝鲚和林氏鲚。其中，刀鲚和七丝鲚亲缘关系最近，形成姐妹种，然后再与林氏鲚聚类。本研究中刀鲚的三个单倍型类群确实具有一定程度的遗传分化，但这种遗传分化并为达到种上或亚种水平。刀鲚三个单倍型类群间的净遗传距离也仅为0.003-0.004。利用Cytb基因估算的刀鲚三个单倍型类群的分化时间为37-49万年，处于更新世。更新世冰期剧烈的气候变动可能是刀鲚三个单倍型类群分化的主要原因。第二个分支包括凤鲚的南北世系，凤鲚南北世系明显的分为两个支系，且凤鲚南北世系间的净遗传距离已达0.063。这暗示凤鲚群体中可能存在隐蔽种，南北世系很可能为两个不同的物种。凤鲚南北世系的分化可能与其产卵场的不同、以及温度、盐度等环境因子有关。
　　3.江鳕线粒体基因组全序列分析及江鳕遗传分化研究
　　本研究扩增内蒙古多布库尔河、新疆布尔津河和北美密歇根湖江鳕各一尾，其线粒体基因组全序列长度分别为16547 bp、16519bp和16534bp。江鳕三个个体线粒体DNA全序列长度的差异主要来自于NC非编码区的长度差异。线粒体基因组结构和排列顺序与大多数脊椎动物相一致。在碱基组成上，GC含量在两条链中均具明显偏倚，但AT含量相差不大，H与L链蛋白质编码基因密码子第三位点分别呈现明显的反G和反C偏倚，并反映在以相同碱基结尾的密码子使用偏好上。三者蛋白质编码基因的起始密码子和终止密码子完全相同，除COI以GTG为起始密码子外，其余均以ATG为起始密码子;终止密码子包括TAA、TA-和T--三种类型。除了tRNASer(AGY)外，其余tRNA均能形成稳定的茎环结构，三者在tRNA上的碱基替换大多发生在环区。在控制区识别了终止序列区、中央保守区（CSB-F和CSB-D）和保守序列区（CSB-1～-3）。江鳕线粒体基因组全序列间歧义度不大，但三者线粒体基因组全序列间歧义度分布规律不一致。利用贝叶斯联合模型和ML分析方法探讨江鳕遗传分化关系，ML和贝叶斯系统发育树的结果存在分歧。贝叶斯系统发育树结果显示，内蒙古多布库尔河江鳕和北美密歇根湖江鳕先聚类。而ML系统发育树的结果却显示，北美密歇根湖江鳕先与新疆布尔津河江鳕先聚类。但是，两种结果均显示内蒙古多布库尔河江鳕和新疆布尔津河、北美密歇根湖江鳕间产生明显的遗传分化。内蒙古多布库尔河江鳕（黑龙江水系）独立于新疆布尔津河江鳕（欧亚谱系）和北美密歇根湖江鳕（北美谱系）单独为一支，这暗示黑龙江水系江鳕与欧亚谱系和北美谱系江鳕的分化已达亚种水平。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 鱼类线粒体基因组概述

1．1．1 鱼类mtDNA结构

1．1．2 鱼类mtDNA特性

1．1．3 鱼类mtDNA研究现状

1．2 鲚属鱼类研究概况

1．2．1 刀鲚研究进展

1．2．2 凤鲚研究进展

1．2．3 七丝鲚研究进展

1．3 江鳕研究概况

1．3．1 江鳕形态学特征

1．3．2 江鳕研究进展

1．4 本研究的目的及意义

第二章 刀鲚线粒体基因组特征分析

2．1 材料方法

2．1．1 样品采集

2．1．2 DNA提取

2．1．3 引物设计

2．1．4 PCR扩增、产物检测及纯化

2．1．5 数据分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 线粒体基因组基本特征

2．2．2 蛋白质编码基因

2．2．3 rRNA基因和tRNA基因

2．2．4 非编码区

2．2．5 序列多态分析

第三章 凤鲚线粒体基因组特征分析及遗传分化

3．1 材料方法

3．1．1 样品采集

3．1．2 DNA提取

3．1．3 引物设计

3．1．4 PCR扩增、产物检测及纯化

3．1．5 数据分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 线粒体基因组基本特征

3．2．2 蛋白质编码基因

3．2．3 rRNA基因和tRNA基因

3．2．4 非编码区

3．2．5 序列多态分析

第四章 七丝鲚线粒体基因组特征分析

4．1 材料方法

4．1．1 样品采集

4．1．2 DNA提取

4．1．3 引物设计

4．1．4 PCR扩增、产物检测及纯化

4．1．5 数据分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 线粒体基因组基本特征

4．2．2 蛋白质编码基因

4．2．3 rRNA基因和tRNA基因

4．2．4 非编码区

第五章 基于线粒体基因组全序列的鲚属鱼类系统发育研究

5．1 材料与方法

5．1．1 样品采集

5．1．2 DNA提取

5．1．3 引物设计

5．1．4 PCR扩增、产物检测及纯化

5．1．5 数据分析

5．2 结果分析

5．2．1 系统发育分析

5．2．2 分化时间估算

5．3 讨论

第六章 江鳕线粒体基因组特征分析及江鳕分化研究

6．1 材料方法

6．1．1 样品采集

6．1．2 线粒体DNA提取

6．1．3 引物设计

6．1．4 PCR扩增、产物纯化及测序

6．1．5 数据分析

6．2 江鳕线粒体基因组特征分析

6．2．1 线粒体基因组基本特征

6．2．2 蛋白质编码基因

6．2．3 rRNA基因和tRNA基因

6．2．4 非编码区

6．2．5 序列多态分析

6．2．6 遗传分化分析

6．2．7 分化时间估算

6．3 讨论

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文