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中国西部小鲵的分子系统发育研究

曾晓茂

  小鲵科为亚洲特有的有尾两栖动物。中国西部小鲵为小鲵科动物中的重要类群,阐明其各属及种间的系统发育关系,澄清其属、种分类问题,并探讨其与地理分布格局的关系,对整个小鲵科的系统演化与分布格局关系的研究具有关键性的意义。其次,由于中国西部小鲵的主要分布于青藏高原东缘和邻近周边地区,其独特的地理分布格局可为探讨青藏高原的隆升、地史变迁与相关生物类群演化历史间的相互关系提供有价值的线索。此外,中国西部小鲵中尤其山溪鲵类群,俗称“羌活鱼”,为传统中药滋补类药源之一。本研究可揭示西部小鲵各类群间的遗传多样性信息,为保护物种多样性及其资源的合理开发利用提供重要的理论依据。中国西部小鲵被认为是世界范围内分布海拔高,生存环境独特,起源和分化过程不明了,分类地位具争议性的有尾两栖动物类群之一。该类群动物形态性状多样性丰富、性状镶嵌和分化弱、物种鉴别性状不稳定;已知的染色体数目和结构的多样性不仅表现在种间,而且出现在种下居群间;已有的同功酶及DNA分析报道显示出丰富的遗传多样性。这些特点增加了研究的复杂性,导致有关的研究互相矛盾,争议较多。而有关的系统发育关系、种属分类、种下居群变异、以及分布格局成因问题没有得到很好的解释或还未展开研究,故多年来备受国内外学者注目。本研究以中国境内分布的西部小鲵各类群为主要对象,主要利用分子生物学实验手段,运用支序系统学与分子进化生物学理论及分析方法,展开系统发育的研究。首先重建系统发育关系树,在此基础上,诠释现存的种、属分类问题,并进一步探讨其物种的形成与分化、及其与地理分布格局的关系。研究材料上,本研究借鉴了Avise(2000)的有关将种群遗传学的思想引入系统发育研究中的理论,首次尝试将种下居群引入有关中国西部小鲵的系统发育的研究中,以居群为基本研究单元,展开从居群—物种—属的逐级水平的系统发育研究。故在选取研究材料时,首次采取了大覆盖面、连续采集的方式,历时5年,采集了该类群的可能存在的分布区,即跨横断山区、秦岭大巴山地区、川黔鄂交界的大娄山及武陵山、阿拉套山区分布的现记载的所有属种,包括山溪鲵属、巴鲵属、拟小鲵属和北鲵属的11个物种、共计91个地理居群、近1000号标本。技术手段上,主要运用线粒体DNA的Cytb基因部分片段的序列分析、同功酶电泳实验分析技术手段,首次选取了的大标本量(206号)为代表,对中国西部小鲵开展了较为全面系统、深入的分子水平研究,获得了大量的该类群的分子遗传学信息。对中国西部小鲵共计206号标本进行了DNA序列分析:所检定的206条Cytb基因序列经排序后长度分别为756、784bp;“liua近缘群”的巴鲵、黄斑拟小鲵、秦巴北鲵举国味明时范大月阵节阵创卜月阵亡之勺食j忆等3种各种下居群间的距离变异最高分别为1 .59%、,5.39%、1 1 .40%,表明巴貌种下居群间变异幅度小,而另两种则反之;山溪貌属动物各种及居群在系统树上组成的主要分支(Clade)间的距离最高达1,.70%,各主Qade内部的次级分支间,除C}adel内达7.52%、Clade6内达9.60%外,CladeZ,3,4,5内部各次级分支间最高为4.48%,表明山溪貌各主要Cladel司遗传变异幅度高,而各Clade内部变异幅度有高有低。对‘协“日近缘群”的10个居群60号标本进行了同功酶分析,共检测了19种酶系统,检测出24个确定的酶位点,并进行了对其等位基因频率及遗传多样性的度量、固定的等位基因差异、居群或种的遗传结构的度量分析:“加日近缘群”的种及种下居群间,分别在尸K一A、sMOH尸一A、户GOH一A、sCAT一A、mCAT一A、EST一1、户GM一A、和G户卜A的酶位点上检测到固定的等位基因差异;对各居群的所有酶位点的哈迪一温伯格平衡符合度的检测表明无显著性差异;巴统的各居群间具有极低的凡t=O.O54,表明其种下亚居群间分化极小,而黄斑拟小蜕、秦巴北蜕具低的月污(分别为0.480和0.471)、高的PI’t(分别为0.898、0.960)和凡t(分别为0.769、0.885),表明种下居群间存在显著意义的遗传变异。系统发育分析方法上,针对中国西部小貌各类群的具体情况,灵活运用了处于该领域的国际前沿的多种分析方法。应用队UP、MacClade、MrBayes、Modeltest等系列软件:运用91 statistic(随机抽取树长的分布检验)、户T户test(序列随机突变排列概率检验)对ONA序列数据集进行是否含有系统发育分析价值的信息的检验;综合采用最大简约法(M户,即建立在所需假设最少的原则上的方法)、最大似然法(ML,获得观测数据最大概率的树的方法)、贝叶斯推断(BI,将马尔科夫链蒙特卡洛途径引进了ML法中而成的高效运算方法)及邻接法(NJ,以距离测度为运算基础的方法)等多种构建系统发育树的方法,分别以小鱿科小鱿属及肥蜕属部分物种为外群,分别以“ll’ua近缘群”、山溪鲤属各群、中国西部小貌全部类群为对象,分三个步骤重新构建中国西部小统的系统发育关系树;并运用Bootstrap自展检验(测试分支节点支持率的重抽样技术)、oecay analysis(节点崩溃检测技术)等“分支长度误差”的检验法评估系统发育树节点的稳定性,运用Kish……   
[关键词]:中国西部小鲵;系统发育分析;分类;形态多态;分布格局
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华东师范大学2004年