中國不同地理種群環(huán)棱螺遺傳多樣性和分類階元的研究.pdf

1、環(huán)棱螺屬（Bellamya）隸屬于軟體動(dòng)物門(Mollusca)，腹足綱(Gastropoda)，中腹足目(Mesogastropoda)，田螺科(Viviparidae)。是淡水生態(tài)系統(tǒng)中大型底棲動(dòng)物之一，廣泛分布于亞洲，非洲和北美湖泊，在水生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的生態(tài)功能。由于湖泊環(huán)境的惡化，加之人類對環(huán)棱螺資源的過度開發(fā)利用，在一定程度上對環(huán)棱螺的種質(zhì)資源造成了破壞，種類不斷減少。中國環(huán)棱螺屬的分類主要依據(jù)螺殼形態(tài)特征，由于螺殼形態(tài)的

2、變異性，容易導(dǎo)致同種異名和分類混淆。本研究從分子水平研究環(huán)棱螺遺傳多樣性和分類階元，結(jié)合形態(tài)學(xué)研究探討中國環(huán)棱螺的分類系統(tǒng)。通過研究環(huán)棱螺不同地理種群的遺傳結(jié)構(gòu)，為其種質(zhì)資源保護(hù)提供分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)。主要獲得的結(jié)果如下:
　　 1.利用線粒體基因(COI、16S rRNA)和核基因(H3、28S rRNA)序列比較分析了環(huán)棱螺屬系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系。以Viviparus ater和V.contectus2個(gè)種類為外群，以采集中國15種環(huán)棱

3、螺和GenBank下載的環(huán)棱螺的相關(guān)基因?yàn)閮?nèi)群，基于貝葉斯法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明，世界分布的環(huán)棱螺屬聚為3大支（中國環(huán)棱螺種聚為一支，印度種聚為一支，非洲種聚為一支）。三大分支中中國環(huán)棱螺種位于進(jìn)化樹的基部，印度種和非洲種親緣關(guān)系較近。非洲環(huán)棱螺種主要按湖泊形成3-4個(gè)分支。而在中國種的大分支里，既沒有形成同種環(huán)棱螺聚類，也沒有形成同一湖泊種聚類，種間和地理種群間均沒有明顯分化，種內(nèi)和種間的遺傳距離沒有明顯差異。

4、　　 2.采用FIASCO法成功構(gòu)建了銅銹環(huán)棱螺基因組微衛(wèi)星富集文庫，獲得單一微衛(wèi)星序列2566條(Genbank登錄號:JN555759-JN556037，JX018213-JX020499)。采用Primer5.0軟件共設(shè)計(jì)了391對特異性微衛(wèi)星引物。選擇其中100對引物合成后進(jìn)行PCR擴(kuò)增，篩選獲得了33個(gè)多態(tài)性微衛(wèi)星標(biāo)記，多態(tài)性分析結(jié)果表明，多態(tài)信息含量(PIC)值在0.244-0.889之間變化，平均值0.617;每個(gè)位點(diǎn)有

5、5-13個(gè)等位基因，平均值8.636;期望雜合度(HE)和觀測雜合度(HO)分別在0.347-0.950和0.071-0.913之間變化，平均值分別是0.780和0.543。
　　 3.采用7個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記研究5種環(huán)棱螺（銅銹環(huán)棱螺，梨形環(huán)棱螺，方形環(huán)棱螺，雙旋環(huán)棱螺，角形環(huán)棱螺）的種群遺傳結(jié)構(gòu)。
　　 遺傳多樣性分析:5種環(huán)棱螺均具有較高觀測雜合度和期望雜合度值，表現(xiàn)出較豐富的遺傳多樣性，雜合子缺失導(dǎo)致了各個(gè)種群顯著偏離

6、哈迪溫伯格平衡(HWE)，平均觀測雜合度均小于期望雜合度，種群內(nèi)近交現(xiàn)象比較嚴(yán)重，導(dǎo)致了雜合體缺失。
　　 遺傳分化分析:5種環(huán)棱螺各個(gè)種群間沒有表現(xiàn)出明顯的遺傳分化，但少部分種群間的遺傳距離較大。遺傳變異分析(AMOVA)表明各個(gè)種類環(huán)棱螺群體的遺傳變異主要發(fā)生在種群內(nèi)，地理種群間的遺傳分化程度很低，種群間存在明顯的基因流。
　　 遺傳結(jié)構(gòu)分析:將不同地理種群按3大地理區(qū)域（長江以南，長江以北，長江流域）結(jié)構(gòu)劃分時(shí)，A

7、MOVA結(jié)果顯示，地理區(qū)域間的遺傳變異所占百分比很小，種群間沒有形成明顯的系統(tǒng)地理結(jié)構(gòu)。主成分判別分析結(jié)果顯示，銅銹環(huán)棱螺12個(gè)種群被分成5個(gè)族群，梨形環(huán)棱螺8個(gè)種群被分成4個(gè)族群，方形環(huán)棱螺7個(gè)種群形成了3個(gè)族群，但各族群中優(yōu)勢種群的聚類并沒有形成明顯的地理格局分布。對種間的遺傳變異分析(AMOVA)，結(jié)果顯示種間的遺傳分化程度很低。5種環(huán)棱螺共34個(gè)種群形成了13個(gè)族群，各個(gè)種群在13個(gè)族群中的分布沒有按種類形成明顯聚類。
　

8、　 4.利用線粒體COI基因研究3種環(huán)棱螺（銅銹環(huán)棱螺，梨形環(huán)棱螺，方形環(huán)棱螺）的種群遺傳結(jié)構(gòu)。
　　 遺傳多樣性分析:銅銹環(huán)棱螺116條序列中共發(fā)現(xiàn)81個(gè)單倍型和167個(gè)核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)，種群間單倍型和核苷酸多樣性分別在0.8670-0.9780和0.0130-0.0449之間;梨形環(huán)棱螺77條序列中有66個(gè)單倍型和155個(gè)核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)，種群間單倍型和核苷酸多樣性分別在0.8890-1.0000和0.0067-0.041

9、6之間;方形環(huán)棱螺63條序列中有51個(gè)單倍型和158個(gè)核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)，種群間的單倍型和核苷酸多樣性分別在0.8210-1.000和0.0313-0.0474之間。三種環(huán)棱螺種群間的單倍型多樣性和核苷酸多樣性均較高，表現(xiàn)出較豐富的遺傳多樣性。
　　 群體歷史動(dòng)態(tài)分析:將所有種群當(dāng)成一個(gè)整體時(shí)，3種環(huán)棱螺中性檢驗(yàn)的Fu's Fs值均為顯著性負(fù)值，銅銹環(huán)棱螺Fs=-23.8828(P＜0.001)，梨形環(huán)棱螺Fs=-24.0457(

10、P＜0.001)，方形環(huán)棱螺Fs=-12.9900(P=0.0110)。3種環(huán)棱螺的線粒體COI基因的核苷酸錯(cuò)配分布(mismatch distribution)均為單峰，表明這3種環(huán)棱螺均經(jīng)歷過明顯的種群擴(kuò)張。按照無脊椎動(dòng)物分子變異率(μ=1.22％/MY)和環(huán)棱螺以1年為代時(shí)，計(jì)算的銅銹環(huán)棱螺種群擴(kuò)張時(shí)間大約在2.197百萬年(Ma)，梨形環(huán)棱螺0.256Ma，方形環(huán)棱螺2.217 Ma，三種環(huán)棱螺的擴(kuò)張時(shí)間都發(fā)生在更新世。

11、　　 遺傳結(jié)構(gòu)分析:遺傳變異分析(AMOVA)結(jié)果顯示3種環(huán)棱螺各個(gè)種群的遺傳分化不明顯，主要的遺傳變異來自種群內(nèi)。三大地理區(qū)域間的遺傳變異所占百分比小于0，說明種群間沒有形成明顯的地理格局分布，從單倍型網(wǎng)絡(luò)圖也可以看出，不同地理種群的單倍型相連，沒有按著采樣點(diǎn)形成譜系分支。種間的AMOVA結(jié)果顯示，種間的遺傳變異只占1.05％，并且種間的遺傳距離值很小(0.004-0.030)，說明3種環(huán)棱螺種間的遺傳分化程度也很低。
　　

12、 5.根據(jù)螺殼的6個(gè)形態(tài)性狀對中國5種環(huán)棱螺32個(gè)種群的形態(tài)變異進(jìn)行主成分分析和聚類分析，結(jié)果顯示:環(huán)棱螺同種不同地理種群間形態(tài)具有一定的差異，但并沒有形成明顯的形態(tài)分化。判別分析結(jié)果表明，各個(gè)種群的判別函數(shù)的判別準(zhǔn)確率均較低，說明種群間的形態(tài)變異不大。5種環(huán)棱螺32個(gè)種群的主成分分析和聚類分析，結(jié)果顯示32個(gè)種群形成了3個(gè)形態(tài)類群，銅銹環(huán)棱螺所有種群單獨(dú)為一個(gè)類群，角形環(huán)棱螺和梨形環(huán)棱螺種群聚成一個(gè)類群，方形環(huán)棱螺和雙旋環(huán)棱螺種群聚成

13、一個(gè)類群。
　　 6.對采自同一湖泊的5種環(huán)棱螺齒舌結(jié)構(gòu)的電鏡掃描觀測比較發(fā)現(xiàn)，5種環(huán)棱螺具有相同的齒式:2·1·1·1·2，由4個(gè)部分組成，中央齒，側(cè)齒，內(nèi)緣齒和外緣齒。齒舌各個(gè)部分的形態(tài)差異較小，但各部分的尖齒數(shù)和排列上存在較明顯的差異，因此，齒舌可以作為環(huán)棱螺種類鑒定的良好材料。
　　 綜合本研究結(jié)果，中國環(huán)棱螺種間和地理種群間沒有形成明顯的遺傳分化，系統(tǒng)發(fā)育和種群遺傳結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果均不支持中國環(huán)棱螺種的分類階元。