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西北太平洋两种鲐属鱼类的分子系统地理学研究

作　者: 程娇
导　师: 高天翔
学　校: 中国海洋大学
专　业: 动物学
关键词: 鲐属系统发育进化历史日本鲐澳洲鲐形态学线粒体DNA 微卫星DNA 遗传多样性分子系统地理学种群遗传结构更新世冰期海流生活史特征
分类号: Q958.8
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

鲐属（Scomber）为暖水性中上层鱼类，在海洋捕捞业中占有重要的地位，但其系统发育关系与分类、物种划分尚存争议。本研究基于形态学、线粒体DNA和核基因分析了鲐属鱼类的分类与系统发育关系，并探讨了鲐属鱼类的起源进化历史。同时我们以在西北太平洋分布的日本鲐（Scomber japonicus）和澳洲鲐（Scomber australasicus）为研究对象，分别采用形态学、线粒体DNA和微卫星三种标记来检测两种鲐属鱼类的群体遗传结构和系统地理格局，并探讨了其群体动态历史的演化过程，揭示历史因素、当前环境因素及鱼类自身的生态习性对海洋鱼类群体遗传结构和系统地理分布模式的综合作用。主要研究结果如下：1.鲐属鱼类系统发育关系与进化历史（1）采用传统形态和耳石形态两种研究方法，分析了三种鲐属鱼类（大西洋鲐、日本鲐和澳洲鲐）的系统发育关系，结果表明：在外观上大西洋鲐（Scomberscombrus）矢耳石与其他两种鲐鱼完全不同，日本鲐与澳洲鲐矢耳石形状相似；判别分析、主成分分析与聚类分析结果一致，均表明大西洋鲐与其他两种鲐鱼的形态差异明显，日本鲐和澳洲鲐的形态相似，亲缘关系紧密。（2）本文以线粒体DNA（COI、Cyt b和控制区）和核基因（5S rDNA）为分子标记，结合线粒体基因和核基因各自的优点，在每个基因片段独立分析的基础上，利用贝叶斯联合模型分析方法重建鲐属鱼类的系统发育关系。结果显示：所有的系统发育分析均解决和支持鲐属鱼类的单系性；不同分区策略的贝叶斯分析获得了拓扑结构一致且各节点后验概率均较高的系统发育树，日本鲐与澳洲鲐聚为姐妹群，再与圆鲐聚类，大西洋鲐位于基部位置。形态与分子数据均支持澳洲鲐的物种有效性及大西洋鲐与日本鲐和澳洲鲐存在较大差异。由于圆鲐整鱼样品的缺乏，未能从形态学角度对鲐属鱼类进行全面地分析。但本研究的分子证据强烈支持圆鲐的物种有效性，并将圆鲐置于日本鲐和澳洲鲐聚类分支的姐妹群位置上，进一步澄清了鲐属鱼类之间系统发育关系的疑问。此外，我们还将鲐属鱼类的地理分布与其系统关系相结合综合探讨了鲐属鱼类的起源进化历史，指出地理阻碍导致的分类阶元的隔离分化（vicariance）过程与各阶元在扩散分化的生态适应（adaption）过程相互补充交叉，促进了鲐属鱼类分化并逐渐形成现在的地理分布格局。2.日本鲐种群遗传结构与分子系统地理学研究（1）运用形态学方法分析了西北太平洋日本鲐群体之间的形态差异。结果显示，在传统形态和耳石形态上日本鲐各群体间均存在差异，但不同海域之间没有形成明显的分化。此外，对日本鲐不同体长组个体的耳石形态特征进行比较分析发现，日本鲐耳石形态特征随着鱼体生长而发生显著变化。（2）应用线粒体DNA控制区对西北太平洋14个日本鲐地理群体开展了分子系统地理学研究，结果显示在日本鲐种内检测到了2个明显分化的系统发育类群，但两个类群在空间上的分布频率并不存在显著差异，即不存在地理结构，未检测到显著的群体遗传结构。我们推测更新世冰期的隔离很可能是日本鲐产生系统分化的主要原因，而冰川消退后的群体间的重新混合可能消除先前因隔离而积累的遗传差异。此外，核苷酸不配对分布和中性检验分析的结果表明西北太平洋日本鲐经历了近期群体扩张事件。（3）应用微卫星分子标记开展了西北太平洋日本鲐的群体遗传结构分析。结果显示日本鲐在微卫星DNA上展现了较高的遗传多样性水平；通过检测8个微卫星多态位点差异，在日本鲐群体间存在显著的遗传分化，推测地理距离、海流以及日本鲐自身的生态特征很可能是导致群体间产生遗传差异的原因。3.澳洲鲐种群遗传结构与分子系统地理学研究（1）采用传统的形态度量与框架结构度量相结合的研究方法，分析了中日澳洲鲐群体之间的形态差异。多种多元统计方法结果基本一致，珠海群体与日本相模湾群体间存在形态差异。我们推测海流对澳洲鲐不同群体间的形态差异产生了重要影响。（2）基于线粒体DNA控制区的分子系统地理学研究结果表明，澳洲鲐种内无谱系结构，在所研究范围内没有检测到明显的系统地理分化，一方面可能是因为间冰期澳洲鲐群体发生栖息地大规模扩张所引起的；另一方面可能是由澳洲鲐本身的生活史特征造成的，澳洲鲐成鱼进行长距离洄游，扩散能力较强，补充大且存在较长的浮游生活期，从而在洋流的作用下使群体间存在较高频率的基因交流。（3）通过检测8个微卫星多态位点差异，在日本太平洋沿岸4个澳洲鲐地理群体中检测到微弱但显著的遗传结构，北太平洋中部群体与其他群体存在明显的遗传分化，距离隔离及勘察加寒流可能对澳洲鲐群体间基因交流产生了阻碍。同样，澳洲鲐在微卫星DNA上具有较高的遗传多样性水平。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-13
第一章海洋鱼类种群遗传结构和系统地理格局  13-30
  1.1 前言  13
  1.2 相关学科及其研究方法  13-21
    1.2.1 学科发展及其理论基础  14-16
    1.2.2 实验方法  16-21
  1.3 海洋鱼类种群遗传结构与系统地理格局的影响因素  21-24
    1.3.1 外在因素  21-23
    1.3.2 海洋鱼类自身的生态习性  23-24
  1.4 西北太平洋海洋鱼类分子系统地理学研究进展  24-30
    1.4.1 西北太平洋的地质特征和洋流模式  25-27
    1.4.2 现有的海洋鱼类系统地理格局  27-30
第二章鲐属鱼类系统发育与进化历史的研究  30-88
  2.1 鲐属鱼类系统发育的研究进展  30-38
    2.1.1 鲐属鱼类的地理分布、形态特征与生态习性  30-35
    2.1.2 鲐属鱼类系统发育的研究现状  35-38
  2.2 三种鲐属鱼类的形态学分析  38-68
    2.2.1 基于传统形态学研究探讨三种鲐属鱼类的进化关系  38-53
      2.2.1.1 材料与方法  39-41
      2.2.1.2 结果  41-51
      2.2.1.3 讨论  51-53
    2.2.2 基于耳石形态学研究探讨三种鲐属鱼类的进化关系  53-68
      2.2.2.1 材料与方法  54-57
      2.2.2.2 结果  57-66
      2.2.2.3 讨论  66-68
  2.3 基于线粒体DNA和核基因探讨鲐属鱼类系统发育关系与进化历史  68-88
    2.3.1 材料与方法  69-75
    2.3.2 结果  75-83
    2.3.3 讨论  83-88
第三章日本鲐种群遗传结构和分子系统地理学研究  88-164
  3.1 日本鲐群体的形态学研究  88-120
    3.1.1 日本鲐群体的传统形态学比较分析  88-106
      3.1.1.1 材料与方法  89-91
      3.1.1.2 结果  91-104
      3.1.1.3 讨论  104-106
    3.1.2 日本鲐群体的耳石形态学比较分析  106-120
      3.1.2.1 材料与方法  106-108
      3.1.2.2 结果  108-118
      3.1.2.3 讨论  118-120
  3.2 基于线粒体DNA的日本鲐分子系统地理学研究  120-140
    3.2.1 材料与方法  121-124
    3.2.2 结果  124-137
    3.2.3 讨论  137-140
  3.3 基于微卫星分子标记的日本鲐群体遗传结构研究  140-164
    3.3.1 材料与方法  141-147
    3.3.2 结果  147-159
    3.3.3 讨论  159-164
第四章澳洲鲐种群遗传结构和分子系统地理学研究  164-202
  4.1 澳洲鲐群体的形态学研究  164-172
    4.1.1 材料与方法  165-166
    4.1.2 结果  166-170
    4.1.3 讨论  170-172
  4.2 基于线粒体DNA的澳洲鲐分子系统地理学研究  172-187
    4.2.1 材料与方法  173-175
    4.2.2 结果  175-184
    4.2.3 讨论  184-187
  4.3 基于微卫星分子标记的澳洲鲐群体遗传结构研究  187-202
    4.3.1 材料与方法  188-191
    4.3.2 结果  191-199
    4.3.3 讨论  199-202
第五章总结  202-205
  5.1 鲐属鱼类的系统发育关系  202
  5.2 日本鲐与澳洲鲐的种群结构及系统地理格局  202-203
  5.3 更新世气候波动对两种鲐属鱼类系统地理格局与历史动态的影响  203
  5.4 海洋环境因子与两种鲐属鱼类生态特征对其种群结构的影响  203-204
  5.5 形态学、线粒体DNA和微卫星三种标记的比较  204-205
参考文献  205-230
致谢  230-232
个人简历  232-233
在学期间发表的论文  233-234

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