中国沿海头足类DNA条形码与分子系统发育研究

摘要

头足类(cephalopods)为软体动物门(Mollusca)的第三大纲,是世界上重要的海洋经济生物之一。头足类具有生长快速,生活史较短和营养价值高的特点,是一种拥有广阔前景的海水养殖种类。明确的物种分类和对其分布区的深入认识将能更有效的制定对该类群的保护措施。目前,基于传统形态学方法,已经成功的对大多数头足类物种进行了分类和系统发育研究,但由于有些头足类物种具有形态可塑性大和近缘种形态差异细微等特点,致使采用形态学分类法很难进行物种区分。因此,需要探索一种通用性更高的方法来辅助形态学进行物种分类研究,特别是在缺少形态数据的研究中。
　　DNA条形码(DNA barcoding)作为一种物种鉴定的新兴技术,可能会缓解形态学分类中的一些局限,辅助形态学进行物种鉴定。DNA条形码自提出以来,迅速成为了分类学领域的一个研究热点。在过去的十年中,DNA条形码已经成为一种有效的物种鉴定工具,成功的运用于物种的鉴定以及隐存种和新种的发现。其中基于线粒体COI基因的DNA条形码已经在动物分类学研究中获得了广泛的认可。本研究将验证线粒体COI基因在中国沿海头足类中进行DNA条形码研究的可行性,并将基于COI和16S rRNA基因序列探究头足类的系统发育关系。
　　本论文的研究内容大致分为两个部分:
　　1.获得了33种头足类的126个个体的COI序列。种内遗传距离与种间遗传距离的变化范围分别为0.000-0.068(平均值0.013)和0.062-0.221(平均值0.166)。由于火枪乌贼的种内遗传距离较大导致种内遗传距离和种间遗传距离发生重叠,没有形成条形码间隙(barcoding gap)。当去除火枪乌贼的全部个体重新进行种内遗传距离和种间遗传距离的计算时,科内不同种个体间遗传距离远远大于种内不同个体间遗传距离,存在明显的条形码间隙。在基于COI基因构建的NJ和贝叶斯系统发生树上,除火枪乌贼外,其余的物种均形成单系群并具有较高的支持度。这个一致结果表明本研究的32种头足类可以利用基于COI基因的DNA条形码进行有效的鉴别。作为研究中的一个特殊的物种,火枪乌贼在系统发育树上形成了两个分支,并具有较大的种内遗传差异,这一结果显示火枪乌贼中可能存在隐存种。研究中有7个蛸只能鉴定到属的水平,通过DNA条形码的分析,将这7个种划分为三个未定种,与基于它们形态特征的初步分类结果一致。本研究表明利用基于COI基因的DNA条形码技术可以对中国沿海头足类进行有效的分类鉴定,并在头足类中验证了DNA条形码能够发现隐存的物种多样性的作用。
　　2.测定了34种共132个头足类样品的线粒体16S rRNA基因序列,并从GenBank数据库中下载了16种头足类的COI与16S rRNA基因序列,利用这些序列对头足类的系统发育关系进行探究。采用了贝叶斯法(BI)和最大似然法(ML)两种方法构建系统发育树。在本研究中,所有系统发育树均支持头足纲、鹦鹉螺亚纲、鞘亚纲、乌贼目、耳乌贼目、蛸目、枪乌贼科和柔鱼科单系发生;支持鹦鹉螺亚纲处于系统树的根部位置,这些结果与传统的形态分类的结果一致。本研究与传统分类学的分歧主要集于两点。1.本研究的所有系统树均支持蛸科为并系发生;2.基于任何一种研究方法,闭眼亚目的枪乌贼科都没有与开眼亚目的柔鱼科+武装乌贼形成姐妹群,不支持枪形目的划分。幽灵蛸目的系统发育位置一直存在着较大的争议,其拥有区别十腕类和八碗类的特有的形态特征。在本研究中,四个系统树得出了两种结果,幽灵蛸目与其他目的系统发育关系还不能得到解决。在科以下水平的系统发育研究中,研究结果显示蛸科和尾枪乌贼属的系统发育关系较为复杂,并支持虎斑乌贼为复合种的观点。