研究报告/Research Report

中华鳖 5 个群体遗传多样性的微卫星分析  

刘阳1,2 , 史燕1 , 朱新平1,2 , 赵建1 , 周贵谭3 , 洪孝友1
1中国水产科学研究院珠江水产研究所, 农业部热带亚热带水产种质资源利用与养殖重点实验室, 广州, 510380;
2 上海海洋大学水产与生命学 院, 上海, 201306;
3 广东绿卡实业有限公司, 东莞, 523912
作者    通讯作者
计算分子生物学, 2012 年, 第 1 卷, 第 7 篇   
收稿日期: 2012年10月28日    接受日期: 2012年10月29日    发表日期: 2012年10月30日
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本文首次发表在 《基因组学与应用生物学》2012 年,第31 卷,第2 期,第141-146 页上。现依据版权所有人授权的许可协议,采用 Creative Commons Attribution License,协议对其进行授权,再次发表与传播。只要对原作有恰当的引用, 版权所有人允许并同意第三方无条件的使用与传播。
推荐引用:

Liu Y., Shi Y., Zhu X.P., Zhao J., Zhou G.T., and Hong X.Y., 2012, Genetic diversity in five populations of Trionyx sinensis revealed by microsatellite markers, Jiyin Zuxue Yu Yingyong Shengwuxue (Genomics and Applied Biology), 31(2): 141-146 (刘阳, 史燕, 朱新平, 赵建, 周贵谭, 洪孝友, 2012, 中华鳖5个群体遗传多样性的微卫星分析, 基因组学与应用生物学, 31(2): 141-146)

摘要

利用微卫星分子标记技术对洞庭(DT)、黄河(HH)、黄沙(HS)、日本(RB)以及洞庭(DT)与黄河(HH)的 杂交子代(DT♀×HH♂)绿卡(LK) 5 个中华鳖群体的 150 个个体进行遗传多样性分析。11 对微卫星引物扩增 出的等位基因数为 3~6 个,平均等位基因数为 4.181 8。5 个种群相比,绿卡(LK)的平均有效等位基因数、平 均期望杂合度、平均观测杂合度和平均多态信息含量最高,分别是 2.396 9、0.527 4、0.554 5 和 0.466 0。对种群间的遗传分化分析表明,黄河(HH)和洞庭(DT)之间的遗传分化最小,为 0.023 3,而洞庭(DT)和日本(RB)之 间的遗传分化最大,为 0.096 9。基于 Nei's 遗传距离构建的 UPGMA 系统进化树显示黄河(HH)和洞庭(DT)及 其子代绿卡(LK)亲缘关系较近,而与黄沙(HS)和日本(RB)的亲缘关系较远,最远的为日本(RB)群体。

关键词
中华鳖;微卫星;遗传多样性;种群分化

中华鳖(Trionyx sinensis),分类学上隶属爬行纲(Reptilia)、龟鳖目(Testudinata)、鳖科(Trionychidae)、鳖属(Trionyx)。俗名鳖、团鱼和王八等。除西藏、青海和新疆外,其它地区均有分布,以长江流域和华南地区为多见(王培潮, 2000, 中国的龟鳖, pp.50-56);国外主要分布于朝鲜、日本和越南(杨渡远等, 1997, 中国龟鳖类原色图谱, pp.48)。近年来,由于食用和药用等的大量需求,中华鳖的养殖业发展迅猛,其养殖方式主要有鱼鳖混养、池塘单养和工厂化温室养殖等,其年产量突破了20万t(中华人民共和国农业部渔业局, 2010, 中国渔业统计年鉴, pp.27)。伴随着养殖业的发展,中华鳖种群混杂导致种群间的分化和变异逐渐被人为湮灭,其种群的遗传多样性受到了很大的影响。刘至治等(2004)应用RAPD分析了中华鳖五群体的遗传变异,认为遗传多样性较丰富;肖亚梅等(2005)研究得出中华鳖群体内的遗传变异率0.227,为遗传共享度较高的群体;张志允等(2011)对中华鳖黄河群体选育世代F1、F2及F3遗传变异进行了微卫星分析,结果表明群体内存在丰富可供选育用的遗传多样性基础,随着选育代数的增加而明显降低,证明以生长、体色和体型等表型指标为直观选育指标的群体选育,对遗传型指标产生了可检测到的影响。

 

遗传多样性大小是物种长期进化的产物,是其生存适应和发展进化的前提。一个居群或物种遗传多样性越高或遗传变异越丰富,对环境变化的适应能力就越强。了解物种的遗传变异,有利于对其种质资源的管理保护和开发利用。因此,本研究利用微卫星标记对5个养殖种群中华鳖的遗传多样性及种群间的分化进行分析,以期为中华鳖的种质资源保护以及改良育种工作提供理论依据。

 

1结果与分析

1.1微卫星扩增结果

试验所用11对微卫星引物均能在所有DNA样品中稳定地扩增出相应条带(图1)。各微卫星引物在5个群体150个个体中的等位基因数为3~6个,平均等位基因数为4.181 8,平均有效等位基因数为2.229 3,扩增片段大小在108~246之间。洞庭(DT)、黄河(HH)、黄沙(HS)、日本(RB)以及绿卡(LK)在各个位点的等位基因数及有效等位基因数见表1。各个群体的平均有效等位基因数、平均等位基因数、平均观测杂合度、平均期望杂合度以及平均多态信息含量如表2所示。

 

 

图1 引物P-04 和PS-04 在中华鳖五个群体部分个体中的扩增带谱
Figure 1 The example of band pattern amplified by primers of P-04 and PS-04 in Trionyx sinensis

 

 

表1 中华鳖5 个群体11 个微卫星位点的遗传多样性参数
注: Na: 等位基因数; Ne: 有效等位基因数; PIC: 多态信息含量
Table 1 The parameters of genetic diversity of five populations of Trionyx sinensis at 11 microsatellite loci
Note: Na: Number of alleles; Ne: Effective number of alleles, PIC: Polymorphism information content

 

 

表2 中华鳖5 个群体的平均遗传多样性参数
Table 2 The average value of genetic diversity parameters of five populations of Trionyx sinensis

 

1.2遗传多样性分析

11个 位点中P-05、P-O6、P-12、P-11、P-12和PS-04位点的多态信息含量(PIC)小于0.5,为中度或者低度多态,其余位点均为高度多态,说明微卫星引物多态性较好,可以用于遗传多样性分析。根据每个位点的等位基因频率,计算反映群体遗传多样性的有效等位基因数、观测杂合度、期望杂合度以及多态信息含量,其平均数值范围分别为2.018 9~2.396 9、0.433 3~0.554 5、0.427 8~0.527 4和0.402 0~0.466 0。

 

平均有效等位基因数、平均观测杂合度、平均期望杂合度以及平均多态信息含量均为杂交种群绿卡(LK)的最高,分别为2.396 9、0.554 5、0.527 4和0.466 0;而以日本(RB) 种群的最低,分别为2.019 8、0.433 3、0.427 8和0.402 0。这些指标的分析结果表明绿卡(LK)的遗传多样性最高,洞庭、黄河和黄沙次之,日本(RB)的遗传多样性最低。

 

1.3群体间遗传结构分析

通过对5个群体中华鳖进行F-检验(表3),结果显示洞庭(DT)和日本(RB)的遗传分化指数最大(FST=0.096 9),而洞庭(DT)和黄河(HH)的分化指数最小(FST=0.023 3)。遗传相似率和遗传距离如表4所示。

 

 

表3 中华鳖5 个种群的F- 统计量(FST)
Table 3 Pairwise F-statistics estimates among five populations of Trionyx sinensis

 

 

表4 中华鳖5 个种群遗传相似系数与遗传距离
Table 4 Genetic similarity and genetic distance of five populations of Trionyx sinensis

 

根据亲本与子代间的遗传距离,采用UPGMA法构建子代与亲本的系统进化树(图2),由图可知,黄河(HH)和洞庭(DT)先聚为一支,然后与其子代绿卡(LK)聚合,再与黄沙(HS)聚合,最后才与日本(RB)聚合。

 

 

图2 中华鳖5 个种群UPGMA 聚类分析图
Figure 2 Dendrogram of five populations of Trionyx sinensis based on genetic distance using UPGMA method

 

2讨论

2.1中华鳖5个群体的遗传多样性

多态信息含量(PIC)是群体内遗传变异的量度,可以用来描述微卫星位点的变异程度。依Botstein等的划分标准:当PIC>0.5时,该位点为高度多态位点;当0.25

 

2.2中华鳖5个群体的遗传分化

遗传相似系数是衡量群体间遗传变异程度的可靠参数,群体间亲缘关系越近,则遗传变异性越低,相似系数值越大(Plotsky et al., 1993)。本研究基于微卫星分析结果建立的系统进化树显示黄河(HH)和洞庭(DT)的亲缘关系最近,绿卡(LK)为二者的杂交种,亲缘关系与二者也很近,而黄沙(HS)和日本(RB)的相对比较远,最远的为日本(RB)群体。洞庭(DT)与黄河(HH)先聚类然后才与其杂交子代绿卡(LK)聚合,理论上应该是绿卡(LK)先和其父母本中一个种群聚合,然后才与另外一个聚合。分析原因可能是选用的微卫星引物不够多或者采样不均匀造成的,也可能子代在双亲的基因融合过程中产生了新的变异。另外,遗传固定指数(FST)值是衡量群体间遗传分化程度的重要参数。从5个群体间来看,群体间FST介于0.023 3~0.096 9之间,属于低等程度的遗传分化,表明这5个群体并未产生明显的遗传分化。这种低等程度的分化也许与上世纪90年代中华鳖养殖业蓬勃发展、全国大范围互相引种导致群体间的混杂有关。

 

2.3杂种优势现象

杂种优势是指两个或几个遗传不同的亲本杂交所产生的杂种在生长势、抗逆性和品质等方面优于其亲本的现象。绿卡中华鳖为广东绿卡实业有限公司国家级中华鳖良种场培育出来的优质品系,其苗种生长均一、规格整齐、成活率高、养成商品个体大,发病少。绿卡(LK)为以洞庭(DT)为母本,黄河(HH)为父本的杂交F1代,从本研究结果可以看出,与其它4个群体 比,其平均有效等位基因数、平均期望杂合度、平均观测杂合度和平均多态信息含量均为最高。一般来说,种内亲本间的遗传距离越大,其子代基因型的杂合度越高,杂种优势越强。陈国华等(2006)对红鳍笛鲷♀×千年笛鲷♂杂交种观察发现,其生长速度和抗逆性等方面表现出较好的杂种优势,且其多态信息含量和杂合度等数据均高于两亲本;李学军等(2008)对萨罗罗非鱼与尼罗罗非鱼正反杂交子代进行微卫星分析,其正交子代尼萨罗非鱼的多样性也表现为大于两亲本。这些都与本实验的结果相类似。

 

3材料与方法

3.1实验材料

本实验所需要的洞庭(DT)、黄河(HH)、绿卡(LK)和日本(RB)鳖都是由广东绿卡实业有限公司提供,各30只,都为稚鳖,体重约为4~5 g;而黄沙(HS)鳖采集于广西桂平金田镇,体重为8~15 g,30只。对150只稚鳖进行解剖取其肝脏,编号置于酒精中于-20℃保存备用。

 

3.2基因组DNA的提取

参照北京天根动物基因组DNA抽提试剂盒说明书的方法提取样品基因组DNA。并用8 mg/mL (0.8%)的琼脂糖凝胶电泳检测DNA质量,用紫外分光光度计测定OD260和OD280,取出部分DNA样品将浓度调至50 ng/μL,保存于-20℃备用。

 

3.3微卫星引物

11对引物(表5)皆来自文献(张志允等, 2011; 魏振邦等, 2008),所有引物均由上海英潍捷基有限公司合成。

 

 

表5 引物序列及扩增温度
Table 5 Primer sequences and annealing temperatures

 

3.4 PCR扩增及产物检测

PCR反应的总体系为20 μL:50 ng的基因组DNA,10×Buffer 2 μL,MgCL2 (25 mmol/L) 1.8 μL,4× dNTP (10 μmol/L) 0.5 μL,上、下游引物(20 pmol/L)各0.5 μL,Taq酶1 U。PCR反应程序为:94℃预变性5 min;94℃ 30 s,退火(退火温度依引物而定) 30 s,72℃ 30 s,30个循环;72℃延伸10 min。PCR产物在10%的非变性聚丙烯酰胺凝胶中分离,硝酸银染色。

 

3.5数据统计分析

利用Popgene32 (Version 1.31)软件统计分析微卫星基因座的等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、观测杂合度(HO)、期望杂合度(He)、χ2检验Hardy-Weinberg平衡、遗传分化指数F-统计量(F-statistics, FST)及Nei's标准遗传距离(Ds) (Nei, 1978)。根据Botstein等(1980)的方法计算每个微卫星位点的多态信息含量(PIC)。应用软件 MEGA 4.0采用UPGMA法进行聚类分析,以分析亲缘关系。

 

作者贡献

本论文第一作者刘阳对研究进行实施、数据整理以及论文撰写;通讯作者朱新平对研究进行设计、指导和论文审核修改;史燕、赵建和洪孝友参与本研究的采样、数据分析等具体工作;周贵谭为本实验提供了宝贵的样品。

 

参考文献

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