珍珠貝亞目和蚶目DNA條形碼與系統(tǒng)發(fā)生學研究.pdf

1、DNA條形碼技術作為一種用于物種鑒定的新興技術正引起廣泛的關注。它能彌補傳統(tǒng)形態(tài)學鑒定的缺陷,推動生物多樣性研究的發(fā)展。DNA條形碼技術自從提出后就在許多動物類群中得到成功應用,但它的推行也引起了許多的爭議。DNA序列不僅能用來有效地鑒定物種,而且還能推斷物種間的系統(tǒng)發(fā)生關系,這就是所謂的分子系統(tǒng)學。分子系統(tǒng)學的發(fā)展有助于我們更深刻地理解各物種間的演化關系。珍珠貝亞目是雙殼類軟體動物中最有經(jīng)濟價值的類群,蚶目中的許多物種也已成為養(yǎng)殖和采

2、捕的主要對象,但目前針對這兩大類群的生物多樣性以及系統(tǒng)發(fā)生學的研究卻很少。本研究我們首先驗證了DNA條形碼技術的可行性,然后將DNA條形碼技術用于珍珠貝亞目和蚶目物種的鑒定中,最后用多個分子標記研究了這兩大類群的系統(tǒng)發(fā)生關系。具體研究結果如下:1.DNA條形碼技術在扇貝科種類鑒定中的應用
　　我們對扇貝科8個種63個個體的線粒體COI和16S rRNA基因的部分序列進行了測序,其它4個物種的相應序列從GenBank中獲得。種間與種

3、內(nèi)序列的差異分析顯示COI種內(nèi)的遺傳距離在0.000到0.020之間,平均為0.0048,種間的遺傳距離在0.133到0.344之間,平均為0.284;16S種內(nèi)的遺傳距離在0.000到0.008之間,平均為0.001,種間的遺傳距離在0.053到0.309之間,平均為0.231。可見無論是COI還是16S,種間的遺傳距離都遠遠大于種內(nèi)的遺傳距離,存在條形碼間隙?；贑OI和16S基因的鄰接樹(NJ)顯示所有物種都以較高的支持度形成相互

4、獨立的單系群。兩者都充分證明了DNA條形碼能有效地鑒定這些扇貝科物種。利用貝葉斯分析方法,扇貝科的系統(tǒng)演化關系也在本研究中進行了討論,得出的結果與基于貝殼微結構和幼蟲形態(tài)特征研究基礎上的Wlaller的分類系統(tǒng)雖然在亞科與屬的水平上有些差異,但基本一致。2.珍珠貝亞目DNA條形碼研究
　　本研究對珍珠貝亞目75個個體的COI基因和16S rRNA基因進行測序,計算所得序列的K2P遺傳距離,并構建了系統(tǒng)發(fā)生樹,結果顯示暫定為Pinc

5、tada sp.1和Pinctadasp.2的個體應該為長耳珠母貝,定為lsognomon sp.的兩個個體和定為Plicatula sp.的一個個體應分別為細肋鉗蛤和簡易襞蛤,同定為Spondylus sp.的個體并沒有形成一個單系,研究的75個個體應該歸屬于17個種。17個種的COI和16S Rrna基因種間遺傳距離都超過了種內(nèi)遺傳距離,并達到了10x閾值;分子系統(tǒng)樹也顯示所有的種都構成單系群。這表明DNA條形碼技術能對珍珠貝亞目物

6、種進行有效鑒定。此外,通過對COI基因和16S Rrna基因的比較,我們認為COI基因是珍珠貝亞目更適合的DNA條形碼標準基因。3.珍珠貝亞目系統(tǒng)發(fā)生學研究
　　結合Ternkin(2010)的數(shù)據(jù),使用三個核基因(28S,18S,H3)和1個線粒體基因(16S)重建了珍珠貝亞目的系統(tǒng)發(fā)生關系。結果表明,除貽貝超科和蚶超科,其它類群形成了兩個支持度很高的分支;第一個分支由珍珠貝超科、牡蠣超科和江珧超科構成,珍珠貝超科與牡蠣超科構成

7、姐妹群,最后再與江珧超科聚為一支;第二個分支由扇貝超科和不等蛤超科構成,扇貝超科內(nèi)的襞蛤科與不等蛤超科聚為一支,使扇貝超科呈現(xiàn)并系。所有涉及的超科除扇貝超科外,其余都為單系群,Newell(1969)界定的珍珠貝亞目沒有呈單系發(fā)生。珍珠貝超科內(nèi)的系統(tǒng)發(fā)生關系基本與Temkin(2010)一致,扇貝超科內(nèi)扇貝科與海菊蛤科互為姐妹群,表明它們的親緣關系很近;襞蛤科沒有與牡蠣超科聚在一起,證明了Waller(1978)將其提升到超科,與牡蠣超

8、科和雙肌蛤超科一起歸為牡蠣亞目是不恰當?shù)摹１狙芯康玫降南到y(tǒng)發(fā)生結果質(zhì)疑了目前基于形態(tài)學建立的分類系統(tǒng)。4.蚶目DNA條形碼研究
　　利用基于線粒體COI基因的DNA條形碼技術進行蚶目133個個體的鑒定,從Genbank中下載了19條蚶目物種的COI基因同源序列,對這些序列進行變異位點數(shù)、單倍型個數(shù)和K2P遺傳距離等分子多樣性指數(shù)的計算,并構建了系統(tǒng)樹。將形態(tài)學和分子數(shù)據(jù)綜合起來考慮,蚶目的133個個體屬于24個種。種內(nèi)個體最大遺傳

9、距離為O.155,發(fā)生于泥蚶海南文昌群體與其它群體之間;種問最小遺傳距離為0.064,發(fā)生于毛蚶屬脹毛蚶與未知種Scapharca sp.之間。由于泥蚶種內(nèi)群體間高度的遺傳分化,種內(nèi)個體遺傳距離與種間個體的遺傳距離發(fā)生重疊。然而,構建的NJ樹及貝葉斯樹顯示所有的物種都以較高的支持度形成相互獨立的單系群。本研究結果證實了基于COI基因的DNA條形碼技術可以有效地鑒定蚶目貝類,還可以顯示種內(nèi)群體間高度的遺傳變異、糾正形態(tài)鑒定司能導致的錯誤。

10、5.蚶目系統(tǒng)發(fā)生學研究
　　本研究利用三個核基因(28S,18S,H3)和2個線粒體基因(COI,12S)進行貝葉斯和最大似然法分析呈現(xiàn)了蚶目的系統(tǒng)發(fā)生關系。我們將獲得的拓撲結構與傳統(tǒng)劃分的科、亞科和屬以及已發(fā)表過的分子學研究一起對比分析。結果證實了蚶目、細飾蚶科、粗飾蚶亞科和細紋蚶亞科的單系性,并支持了蚶蜊科應該被劃分到蚶超科。蚶亞科、蚶屬、須蚶屬、毛蚶屬、粗飾蚶屬和蚶蜊屬沒有呈現(xiàn)單系發(fā)生,說明了在蚶亞科以及在屬的水平上存在大量

11、的分類問題。細飾蚶科、帽蚶科和蚶蜊科沒有以蚶科姐妹群的方式出現(xiàn),而是出現(xiàn)在蚶科內(nèi)部。本研究有力說明了目前蚶目的分類,尤其是蚶科的分類非常混亂,需要利用形態(tài)學、考古學和分子學數(shù)據(jù)進行大量校正。6.粒帽蚶線粒體基因組全序列分析
　　利用Long-PCR擴增和步移法、鳥槍法測序獲得了粒帽蚶的線粒體基因組全序列。粒帽蚶線粒體全長為25845 bp,含有36個基因,包括12個蛋白質(zhì)編碼基因(缺少atp8基因)、2個rRNA基因(rmL,和r

12、rnS)和22個tRNA基因。粒帽蚶的COI基因比較特殊,內(nèi)部插入了一段長651 bp的非編碼序列,導致COI基因分成了長度為1182 bp和414 bp的兩部分,插入的這段非編碼序列的作用以及它如何影響COI基因功能的發(fā)揮,還有待進一步深入研究。在粒帽蚶線粒體基因組內(nèi)存在大量的非編碼區(qū),最大的非編碼區(qū)為6057 bp,具有重復序列。粒帽蚶的基因排列順序和其它翼形亞綱物種相比差別很大。在基于12個蛋白質(zhì)編碼基因的氨基酸序列構建的系統(tǒng)發(fā)生