秦岭拉氏(鱼岁)(鲤形目:鲤科)及其寄生柯氏三代虫(三代虫目:三代虫科)的谱系地理学研究

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拉氏(?)Rhynchocypris lagowskii Dybowski,1869作为一种小型冷水性鱼类,广泛分布于东亚,扩散能力较差,是研究鱼类谱系地理学合适类群,能准确反映秦岭地质运动和气候变化对种群分布的影响。目前秦岭大范围连续取样研究较少,无法准确反映该物种在秦岭的分布格局及形成机制;此外,其体外寄生的柯氏三代虫Gyrodactylus konovalovi Ergens,1976仅见形态分类研究,其它生物学特征和谱系地理研究较少。由于三代虫世代周期短和进化速率快,其遗传多样性和变异可能更高,因此可作为理解拉氏(?)谱系地理进化历史的替代物,也是研究协同进化的良好标记物种。本研究采用谱系地理学方法并利用线粒体和核基因标记研究秦岭的48个拉氏(?)种群及其寄生的21个柯氏三代虫种群分布格局及物种形成机制,包括遗传多样性、遗传结构、种群历史动态、分歧时间和协同进化等。主要结果如下:1、测定拉氏(?)48个种群464条样本的线粒体Cytb数据集(539 bp)、控制区D-loop数据集(416 bp)和去除杂合位点的核内RAG2数据集(641 bp),并组成联合数据集Cytb+D-loop+RAG2(1596 bp)。蛋白编码基因Cytb和RAG2的替换速率(dN/dS)分别为0.028和0.418,表明均经历纯化选择。其中数据集Cytb、D-loop、RAG2和Cytb+D-loop+RAG2分别获得单倍型为69个、44个、24个和137个,拉氏(?)遗传多样性较高。秦岭南北坡分水岭河流袭夺较明显,基因流密切,遗传多样性差异较小。线粒体D-loop种群间和种群内遗传距离最大,分化明显,而核内RAG2遗传距离最小,分化不明显;秦岭南北坡种群间的遗传距离较小,表明秦岭阻隔并未显著影响种群分化,河流内的种群间存在广泛基因流。单倍型间平均遗传距离均高于0.01,单倍型多样性(Hd)较高。系统发育支持所有单倍型为单系群,并形成明显不同谱系,单倍型网络结果与系统发育谱系基本一致,存在明显的地理分布格局,各谱系网络中心存在高频单倍型。分子变异分析(AMOVA)显示种群间存在明显的遗传结构,相关性分析表明种群间遗传分化与地理距离无显著相关,距离隔离并未影响现有分布格局。分子钟估计秦岭拉氏(?)的最近共同祖先存在于中新世到早更新世。错配分布和中性检验均支持南洛河谱系可能经历种群扩张,扩张时间位于中到晚更新世,其它谱系和所有种群符合中性进化假设。贝叶斯天际线(BSP)分析各谱系和总种群扩张时间分别为:0.05-0.25 Mya和0.15-1.15 Mya,均支持南洛河谱系发生种群扩张,扩张时间分别为0.15 Mya、0.075 Mya和0.05 Mya,位于中和晚更新世,可能在南洛河存在冰期避难所。因此,秦岭更新世造山运动导致的水系重组和气候波动是形成拉氏(?)谱系地理格局的重要因素,而地理的距离隔离并未影响种群分化。2、测定柯氏三代虫21个种群109个样本的线粒体COI数据集(536 bp)和去除杂合位点的核内rDNA基因ITS数据集(518 bp)、联合数据集COI+ITS(1054 bp)及11种群79个样本的ND5数据集(528 bp)。蛋白编码基因COI和ND5的替换速率(dN/dS)分别为0.015和0.068,表明均经历纯化选择。其中数据集COI、ITS、COI+ITS和ND5分别获得单倍型为46个、6个、48个和25个,柯氏三代虫遗传多样性较高。秦岭南北坡分水岭河流袭夺也较明显,基因流密切,遗传多样性差异较小。线粒体ND5数据集种群间和种群内遗传距离最大,分化明显,而核内ITS遗传距离最小,分化不明显;秦岭南北坡种群间的遗传距离较小,表明秦岭阻隔并未显著影响种群分化,河流内的种群间存在广泛基因流,除ITS外单倍型间平均遗传距离均高于0.01,Hd较高。系统发育支持所有单倍型为单系群,并分别形成明显不同谱系,单倍型网络结果与系统发育谱系一致,存在明显的地理分布格局,各谱系的进化网络中心存在高频单倍型,只有ITS为星形模式,其它为网状模式。AMOVA显示种群间存在明显的遗传结构,相关性分析表明种群间遗传分化与地理距离显著正相关,距离隔离影响现有分布格局。分子钟估计秦岭柯氏三代虫的最近共同祖先存在于早到中更新世,错配分布和中性检验支持所有谱系和种群符合中性进化假设,未发生种群扩张。BSP分析各谱系扩张时间分别为:0.005 Mya和0.01 Mya,而ITS所有谱系未发生种群扩张,但在0.15 Mya经历一次剧烈的种群收缩。因此,柯氏三代虫种群更新世未发生扩张,秦岭更新世造山运动导致的水系重组和地理隔离是形成谱系地理格局的重要因素,而气候波动影响较小。3、拉氏(?)及其寄生柯氏三代虫的比较谱系地理表明:柯氏三代虫的单倍型多样性、核苷酸多样性和分化固定指数并未一致高于拉氏(?),因此拒绝放大镜假设。秦岭南北坡分水岭河流袭夺更明显,基因流增加,减少种群分化,导致遗传多样性差异降低。柯氏三代虫系统发育谱系比寄主拉氏(?)谱系更具有明显谱系地理格局且并未完全一致。拉氏(?)谱系地理表明晚更新世种群经历扩张,可能在秦岭南坡的南洛河存在避难所,间冰期向北扩散到高海拔山区,促进柯氏三代虫的传播和分化。
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