北部湾二长棘鲷种群衰退的遗传学分析

摘要

二长棘鲷是我国南海北部湾底拖网渔业的主要捕捞对象，根据2011-2014年调查统计分析，二长棘鲷渔获量在不同季节占北部湾总渔获物的3％-20%，最高渔获量主要出现在冬春季，具有重要的经济价值。近年来北部湾二长棘鲷种群已呈现出小型化、性早熟等衰退特征，但其资源密度却维持在很高的水平。利用传统的渔业生物学理论和方法难以完满解释上述现象，因而难以准确判断该种群的衰退状况。
　　保护遗传学的理论和方法，从维持种群生存力，决定种群衰退进程的内在因素角度分析，可以对传统方法的结果进行补充，从而实现对种群衰退状况更清晰、准确的认识。因此，文章以北部湾二长棘鲷种群为研究对象，开展其种群遗传学特征分析。首先对二长棘鲷进行微卫星标记开发，并精选出一组最优标记；之后，使用精选标记对5个北部湾二长棘鲷地理群体进行遗传多样性检测，并评价其遗传多样性特征，分析其种群遗传结构；最后，通过“有效种群大小估算”、“近亲交配程度检测”、“遗传瓶颈检测”三项检测，对北部湾二长棘鲷种群的衰退状态进行综合分析。
　　本研究取得的主要结果如下：
　　1、二长棘鲷微卫星标记开发
　　对二长棘鲷基因组进行高通量随机测序，共获得二长棘鲷基因组拼接序列0.12Gbp，从中搜索得到侧翼长度≥250bp的微卫星序列292条。根据微卫星序列搜索结果设计PCR引物50对。使用一个二长棘鲷野生群体（样本量48）对上述引物进行筛选和种群遗传学评价，结果共有22个标记通过筛选，其等位基因数的分布范围为2-16，平均值为6.18；表观杂合度（HO）的分布范围为0.245-0.979，平均为0.555；期望杂合度（HE）的分布范围为0.226-0.914，平均为0.617，经过Bonferroni校正后有4个标记（PE24、PE40、PE188和PE284）的等位基因频率背离“哈迪·温伯格”平衡，全部标记间无连锁不平衡现象存在。
　　2、北部湾二长棘鲷种群遗传多样性分析
　　从上述22个标记中精选出8个最优标记，对5个北部湾二长棘鲷地理群体进行遗传多样性检测。结果，5个群体的等位基因数平均值、表观杂合度平均值、期望杂合度平均值分别为66.8、0.696、0.773。在5个地理群体中共检测到80个等位基因，各标记等位基因数分布范围为3-15，平均值为10.00，各群体的等位基因数分布范围为63（B）-69（C）。在所有“群体—标记”组合中，表观杂合度的分布范围为0.333-1.000；期望杂合度的分布范围为0.574-0.918。各群体平均表观杂合度的分布范围为0.677（E）-0.709（A）；期望杂合度的分布范围为0.757（C）-0.784（A）；对40个“群体—标记”组合进行“Sequential Bonferroni”校正，发现有4个组合不符合“哈迪—温伯格”平衡（校正P值≤0.00625）。
　　3、北部湾二长棘鲷种群遗传结构分析
　　计算各地理群体对之间的FST值，并进行显著性检验。结果显示，群体对间FST的最大值仅为0.0450，且所有FST值均为非显著性，说明各地理群体间不存在显著性的遗传差异。对5个地理种群进行个体分配分析，将假设种群数（K）设定为2、3时，所得的结果相似，即5个群体的分配图谱间没有明显的差异，同时从个体分配表中可以看出，每个群体的个体都以近乎相同的比例被分配到各个假定种群中，说明将5个地理种群中的所有个体聚为一类，即合并成一个种群，最为合理。上述分析都证明，所有二长棘鲷地理群体均来源于同一个种群，在研究海域内，二长棘鲷种群呈现遗传均质状态。
　　4、北部湾二长棘鲷种群衰退状况分析
　　“有效种群大小估算”的结果显示，该种群的“有效种群大小”估算值为550-650，水平较高；“近亲交配检测”的结果显示“近交”现象发生的概率极小；“遗传瓶颈检测”的结果显示，北部湾二长棘鲷种群在近期没有经历“遗传瓶颈”事件。上述结果表明，该种群的遗传多样性丰富，没有发现该种群出现遗传衰退的证据。
　　本研究的结果可为北部湾二长棘鲷种群资源的管理和保护提供理论依据。

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第一章绪 论

1.1海洋渔业资源衰退现状

1.2北部湾二长棘鲷的开发现状和研究现状

1.3保护遗传学的发展和研究现状

1.4国内外关于种群衰退的研究现状

1.5分子标记研究进展

1.5.1分子标记简介

1.5.2微卫星分子标记的选择及应用

1.6二长棘鲷的分子遗传学研究

1.7本研究的目的和意义

1.8研究内容和技术路线

1.8.1研究内容

1.8.2技术路线

第二章 二长棘鲷微卫星标记开发

2.1 微卫星标记开发方法概述

2.1.1生物信息学法与近缘种筛选

2.1.2经典法

2.1.3磁珠富集法

2.1.4高通量测序法

2.2二长棘鲷微卫星标记的开发

2.2.1二长棘鲷样品的采集

2.2.2主要仪器

2.2.3主要试剂

2.2.4方法

2.2.5结果

第三章 北部湾二长棘鲷的种群衰退遗传学分析

3.1材料

3.1.1样品材料

3.1.2主要仪器

3.1.3主要试剂

3.2方法

3.2.1基因组DNA提取

3.2.2 微卫星等位基因的PCR扩增

3.2.3聚丙烯酰胺凝胶电泳

3.2.4数据处理和分析

3.3 结果

3.3.1 各地理群体的遗传多样性

3.3.2 不同地理群体间的遗传分歧

3.3.3 个体分配分析

3.3.4有效种群大小估算

3.3.5近亲交配程度检测

3.3.6遗传瓶颈检测

第四章 讨论与总结

4.1讨论

4.1.1高通量测序法的优越性

4.1.2二长棘鲷微卫星标记的种群遗传学特征分析

4.1.3 种群衰退的遗传学分析

4.2总结

参考文献

致谢

附录