千岛湖陆桥岛屿社鼠种群遗传多样性和遗传结构研究

摘要

千岛湖位于浙江省西部淳安县境内，是1959年因建造新安江水电站筑坝蓄水而形成的人工湖，因湖内有2500m2以上岛屿1078个而得名。各岛屿被湖水分隔开已50年，岛屿上的动植物基本上没有种群间的基因交流，这也使其成为天然的动植物生境片段化的研究场所。因此本文选取千岛湖这一典型的片段化景观，应用微卫星分子标记技术研究大型湖泊形成对优势物种——社鼠(Niviventercnfucianus)遗传多样性的影响，进而探讨陆桥岛屿环境下生物多样性的维持机制，提出相应的保护对策。主要的研究结果如下： 1、70对跨物种微卫星引物(大鼠50对，小鼠20对)对社鼠样品扩增，可扩增出一定有效图带的引物40对，进行PCR反应条件优化后，有21个位点出现稳定的扩增图带，并最终筛选到13对高多态性微卫星引物，社鼠微卫星位点跨种扩增的同源率达到30％，具有多态性引物的比例为18.57％。13个位点所显示多态信息含量(PIC)值最低0.576，最高0.911，其中10个位点的PIC值在0.8以上，都远大于0.5高多态的临界值，表明本文跨种筛选的微卫星位点包含了丰富的遗传信息，适合于社鼠种群遗传学的研究。 2、13个微卫星位点在千岛湖地区社鼠种群中共检测到134个等位基因，其中除1个等位基因为岛屿种群特有等位基因之外，其他全部为种群共享等位基因。13个位点中平均观测等位基因Na=10.31个，平均有效等位基因Ne=8.60个，期望杂合度(He)变化范围为0.645-0.919，平均值为0.859，多态信息含量(PIC)为0.576-0.911，平均为0.839，社鼠物种水平遗传多样性相对较高；被检测的13个微卫星位点仅有1个位点的固定系数(FIS)大于0(D2NDS3，Fis=0.121)，其余12个位点的固定系数均小于0，平均为-0.176，表明社鼠种群中杂合体偏多；分子变异分析(AMOVA)结果表明，社鼠居群间和居群内都存在显著的遗传变异，其中居群间变异占4.72％，居群内变异占95.28％，说明社鼠的遗传变异主要在种群内部产生，这与千岛湖地区岛屿社鼠种群的隔离现状是相吻合的；分别对13个微卫星位点和15个社鼠种群的Hardy-Weinberg平衡检测表明：陆地半岛种群没有位点出现偏离，并且面积较大的岛屿种群发生偏离的位点也相对较少，面积较小的岛屿种群出现大量偏离Hady-Weinberg平衡的位点，据此可以推测岛屿(尤其是面积较小的岛屿)社鼠种群受片段化生境影响更加明显，种群不稳定，从而使得小面积岛屿种群很难维持一种平衡状态。 3、15个不同种群的期望杂合度(He)和观测杂合度(Ho)的变化范围分别为0.778-0.855及0.888-0.956，多态信息含量(PIC)在0.717-0.796之间，有效等位基因数(Ne)在4.90-6.97之间；对遗传多样性各项指标(Na、Ne、He、Ho、PIC)与取样地岛屿面积进行Pearson相关性分析发现，仅观测等位基因数(Na)和面积之间出现显著正相关关系，其他遗传多样性指标和面积之间均无显著相关性，由此可见，50年来千岛湖地区因岛屿隔离而片段化的生境目前还没有引起社鼠种群间遗传多样性的显著变化，但是遗传多样性各项指标的最大值均出现在面积相对较大的岛屿种群中，尤其是界首(JS)种群更是占据了5项指标中的4项；与之相反，面积较小的岛屿种群，各项指标均相对较低，反映了面积较大的岛屿种群遗传多样性高于面积小的岛屿种群。 4、15个不同种群两两间的基因分化系数(Fsr)介于0.0013-0.1152，按照种群产生分化0.05与0.15临界值来看，52组基因分化系数FST<0.05，53组FST介于0.05至0.15，即49.52％的2种群间无分化，50.48％的2种群间出现中等程度分化；季节性连接的岛屿种群基因流Nm明显大于无连接种群，15个不同种群两两间基因流(Nm)介于1.9201-192.06，平均为7.9488，Nm值都大于1，社鼠种群较强的基因流维持能力，是其种间遗传分化程度很低的一个主要原因。但随着隔离时间的增加，不同社鼠种群间的基因流必将呈逐渐减少的趋势。 5、分别采用Nei标准遗传距离(DA)和Nei无偏离遗传距离(Ds)对15个社鼠种群进行NJ和UPGMA2种聚类分析，2种方法得出的结论基本一致，15个社鼠种群可以被分为3大类群，聚类结果具有地域性分布特点；主坐标分析(PCA)也显示，在3个主坐标方向上，15个社鼠种群也被分为3大类群，并被细分为5组，与系统聚类分析的结果一致。 6、对不同社鼠种群地理距离的自然对数和遗传距离(DS)以及遗传分化系数FST/(1-FST)之间的相关性进行Mantel相关性检验，不同种群间的地理距离和遗传距离以及分化系数均无显著相关关系。考虑到遗传变异及其他因素的影响，对孤立种群(茶坞岭F种群，CF)进行剔除，重新计算进行Mantel检验，地理距离和遗传距离具有显著的正相关关系，分化系数也呈现显著相关性，符合距离产生分化模型(IBD)。表明千岛湖岛屿化生境的形成过程对社鼠种群的影响比较明显，社鼠种群面临外界的干扰相对强烈，种群处于不稳定状态，易出现种群遗传漂变、近交以及衰退。因此，本文认为，千岛湖地区社鼠种群间的遗传分化，可能是在岛屿隔离下多种因素综合作用的结果，这也可能是千岛湖岛屿环境下社鼠种群产生分化的内在机理。 7、水库建成时的蓄水造成社鼠原有栖息地被水淹没，为应对不利环境因素的影响，种群被迫往高海拔地区进行迁移，使得种群原有的稳定性被打破，15个社鼠种群在近期内都经历过瓶颈效应的影响。 8、从季节性相连岛屿的社鼠种群间基因流来看，廊道对于相互孤立的种群间基因交流具有重要作用，因此，在物种的保护过程中，应合理划分其管理单元，确定种群的生存面积，建立相应廊道，保证其基因交流，增加其种群繁衍能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1生境片段化对动物种群影响的研究现状

1.1对动物种群大小和灭绝速率的影响

1.2对动物种群的扩散和迁入的影响

1.3对动物种群遗传和变异的影响

2微卫星标记相关综述

2.1微卫星标记简介

2.1.1微卫星的概念

2.1.2微卫星的特点

2.2微卫星标记的应用

2.2.1微卫星在群体遗传学与保护遗传学中的应用

2.2.2微卫星在动物分子育种中的应用

2.2.3微卫星在亲权鉴定与品系鉴定中的应用

2.2.4微卫星在遗传作图及目标基因OTL定位方面中的应用

2.2.5微卫星在遗传病的预测及诊断中的应用

2.3微卫星位点的获得

2.3.1从公共数据库中查找微卫星位点

2.3.2从近缘物种获得微卫星引物

2.3.3从基因组DNA中筛选微卫星位点

2.4微卫星标记的不足之处及发展前景

第二章社鼠多态性微卫星位点的筛选及SSR反应条件优化

1材料和方法

1.1材料

1.2方法

2结果与分析

2.1基因组DNA提取

2.2 SSR反应体系的优化

2.3微卫星引物的筛选

3讨论

3.1 DNA提取改进及95％乙醇保存可行性

3.2 PCR反应体系的优化

3.3聚丙烯酰胺凝胶电泳及银染

3.4引物跨种扩增

第三章不同岛屿间社鼠遗传多样性

1材料和方法

1.1群体材料

1.2研究方法

1.3基因组DNA提取与PCR反应

1.4数据分析

2结果

2.1岛屿中社鼠种群DNA扩增结果

2.2千岛湖地区社鼠物种水平遗传多样性情况

2.3社鼠不同种群间遗传变异的关系

3讨论

3.1 Hardy-Weinberg平衡

3.2千岛湖地区社鼠遗传多样性

3.3社鼠不同种群间遗传变异的关系

3.4由片段化看物种的保护

第四章结论

参考文献

致谢

硕士在读期间发表的论文

硕士在读期间参加的主要科研项目和学术活动、主持的科研项目