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我国是世界上文昌鱼资源最为丰富的国家之一。但是,对于文昌鱼的起源、迁移、演化、种群遗传状态等系统发育信息、了解得比较少。在过渡捕捞和环境恶化的双重影响下,我国已出现文昌鱼资源的危机,对文昌鱼遗传多样性的研究有助于做好资源的保护和利用。
文昌鱼(amphioxus or lancelet)属于脊索动物门头索动物亚门,是现存生物中最接近脊椎动物直接祖先的一个类群,在动物进化史上占据了极其重要的地位,是比较基因组学、进化生物学和发育生物学研究的重要模式生物。但是,对于我国沿海各个地理群体文昌鱼的系统分类学研究是比较混乱的。从比较基因组的角度看,文昌鱼与脊椎动物的祖先分离后独立进化的时间长达5.5亿年,其自身的进化史和特有的基因倍增、基因丢失以及遗传多态性不容忽视。线粒体DNA由于其自身的特性成为目前分子进化和遗传多样性检测的最可靠和最常用的分子标记之一。
因此,为研究我国东南沿海文昌鱼地理种群的系统分类和遗传结构,了解各个群体文昌鱼的遗传多样性,对4个不同海域5个种群共计146尾文昌鱼的线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)上最大的非编码区及其两侧各500bp的基因序列进行了PCR扩增和测序,并结合采自法国南部海滨巴纽尔斯(Banyuls sur mer)的31条文昌鱼(Branchiostoma lanceolatum)的线粒体DNA上相应序列进行分析。主要研究结果如下:
1)对146尾文昌鱼线粒体DNA上长度为1.2kb的序列进行了序列同源性比对和聚类分析,发现明显的分为日本文昌鱼(B.japonicum)和白氏文昌鱼(B.belcheri)两支,种群间有明显的核苷酸差异度,种群内部没有出现明显的地理分化。
2)通过线粒体基因组序列重建系统发生树,发现我国沿海的两种文昌鱼在进化史上出现得比较早,各自独立进化的时间较长。
3)结合法国南部城市Banyuls sur mer的31条文昌鱼的线粒体DNA上相应序列进行了分析,发现我国沿海各个群体文昌鱼的π值为0.00853~0.01221,显著高于法国南部产文昌鱼(B.lanceolatum)的0.00350,表明中国文昌鱼遗传多态性较法国丰富。
4)通过窗口步移分析和π值的计算,发现非编码区有很高的核苷酸多态性,远高于序列的其他区域。6个群体的非编码区长度各不相同。
5)对测定的序列进行中性检验,发现在所有群体的中性值都明显小于0,提示偏离中性期望;频谱分析发现群体中存在大量的超过中性期望的低频突变。
6)通过对pairwise mismatch distribution的分析,提示我国文昌鱼的一些群体经历了一个快速的种群爆发及扩张事件,这一事件在法国产的大西洋文昌鱼中没有观察到。