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基于COI和Cytb基因分析的珠江流域斑鳠遗传多样性与种群结构

期刊:ann. limnol. - int. j. lim.DOI:10.1051/limn/2021005

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作者与发表信息

本研究的主要作者包括Tianxu Kuang、Fangmin Shuai、Xinhui Li、Weitao Chen和Sovan Lek。他们分别来自中国水产科学研究院珠江水产研究所和法国图卢兹大学。该研究于2021年发表在《Annales de Limnologie - International Journal of Limnology》期刊上,文章标题为《Genetic diversity and population structure of Hemibagrus guttatus (Bagridae, Siluriformes) in the larger subtropical Pearl River based on COI and Cytb genes analysis》。

学术背景

本研究的主要科学领域为鱼类遗传多样性与种群结构分析。研究的背景是珠江流域的鱼类种质资源因人类活动(如过度捕捞和水坝建设)而急剧退化,尤其是珠江流域的重要经济鱼类——斑鳠(Hemibagrus guttatus)。斑鳠作为底栖鱼类,迁徙能力较弱,主要分布在珠江流域,近年来其种群数量显著下降。然而,关于斑鳠的遗传多样性及其种群结构的研究仍较为匮乏。因此,本研究旨在通过分析斑鳠的线粒体COI和Cytb基因,揭示其遗传多样性和种群结构,为珠江流域鱼类种质资源的保护与管理提供科学依据。

研究流程

研究共分为以下几个步骤:
1. 样本采集:研究在珠江干流的六个地理种群中采集了127个斑鳠个体,采样点覆盖珠江的上游、中游和下游。每个采样点的样本数量在8至29个之间,具体信息见表1。
2. DNA提取与扩增:从每个个体的胸鳍或尾鳍中提取总DNA,采用标准的酚/氯仿提取法。随后,使用通用引物对线粒体COI基因和Cytb基因进行PCR扩增。COI基因扩增片段长度为606 bp,Cytb基因扩增片段长度为1005 bp。
3. 测序与数据分析:PCR产物通过1%琼脂糖凝胶电泳分析,并送至广州IGE生物技术有限公司进行测序。测序数据通过Seqman软件进行比对,使用Clustal X软件进行多重序列比对。遗传距离计算基于Kimura双参数模型(K2P),并使用Neighbor-Joining(NJ)方法构建系统发育树。此外,使用Network 4.6软件构建单倍型网络图,并使用Arlequin 3.5软件进行分子方差分析(AMOVA)和Fst值计算。

主要结果

  1. 遗传多样性分析:基于COI和Cytb基因的1611 bp序列,研究共检测到15个单倍型和19个多态位点。斑鳠的单倍型多样性(Hd)为0.465,核苷酸多样性(P)为0.00042,表明斑鳠的遗传多样性较低。
  2. 单倍型分布与系统发育分析:单倍型H1在所有地理种群中出现频率最高,占总个体的92.97%。系统发育树分析显示,斑鳠的单倍型未按地理分布聚类,表明种群间具有较高的遗传同质性。
  3. 种群分化分析:AMOVA和Fst值分析表明,斑鳠种群间无明显遗传分化(Fst值范围为-0.01410至0.20212),仅肇庆种群与其他种群存在显著差异(p < 0.05)。
  4. 种群历史分析:中性检验和错配分布分析表明,斑鳠种群在过去未经历明显的种群扩张,种群规模保持相对稳定。

结论

本研究揭示了珠江流域斑鳠种群的遗传多样性较低,且种群间遗传同质性较高。这一结果表明斑鳠种质资源已出现退化,可能影响其可持续利用。因此,亟需采取保护措施以防止斑鳠种群的进一步衰退。研究结果为珠江流域鱼类种质资源的保护与管理提供了重要科学依据。

研究亮点

  1. 重要发现:斑鳠的遗传多样性较低,种群间遗传同质性较高,表明其种质资源已出现退化。
  2. 方法创新:本研究首次结合COI和Cytb基因分析斑鳠的遗传多样性与种群结构,提高了分析的敏感性。
  3. 研究对象的特殊性:斑鳠作为珠江流域的重要经济鱼类,其遗传多样性研究具有重要的生态与经济意义。

其他有价值的内容

研究还指出,珠江流域的水电站建设不仅影响了鱼类的产卵场,还减少了不同种群间的基因交流,导致种群数量和遗传多样性急剧下降。此外,过度捕捞导致的遗传瓶颈效应也不容忽视。这些发现为未来鱼类种质资源的保护策略提供了重要参考。

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