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科研進展

水生所揭示不同倍性鯽魚入侵青藏高原的遺傳機制

發表日期:2023-04-28馮秀來源:水生生物研究所放大 縮小

  鯽(Carassius auratus)廣泛分布于青藏高原以外的東亞地區,現已成為青藏高原分布最廣的外來魚類之一。在原產地,鯽魚存在有性生殖的二倍體和單性生殖的三倍體(胚胎基因組來源于卵子,精子雖然激活卵子啟動胚胎發育但不貢獻其DNA)兩種形式,是研究不同生殖方式生物在入侵過程中遺傳適應的理想對象。 

  近期,中國科學院水生生物研究所陳毅峰團隊以西藏外來種群和原產地種群為研究對象,利用全基因組重測序數據開展種群基因組研究,揭示了不同倍性鯽魚入侵西藏的基因組進化模式。研究發現,盡管二倍體外來種群來源于兩個具有顯著遺傳分化的遺傳聚類,且具有比這兩個遺傳聚類更高的種群遺傳多樣性,但在個體水平上,外來個體的基因組觀測雜合度比原產地個體減少了21.4%。此外,西藏外來種群單獨形成一個遺傳聚類,與原產地種群之間產生了顯著的遺傳分化(圖1)。 

1 基于基因組SNPs的鯽魚種群遺傳多樣性(a)和個體遺傳多樣性(b)及二倍體(c)和三倍體(d)的種群遺傳結構。LLCBL為外來種群 

  在二倍體外來種群中檢測發現的近交、奠基者效應和選擇性清除是導致個體遺傳多樣性降低和遺傳結構變化的主要因素。而三倍體外來種群由于雌核發育的單性生殖方式產生相同基因型子代,使其避免或降低了近交和奠基者效應對遺傳變異的影響,外來個體的遺傳多樣性與原產地個體相比未發生變化,外來種群與原產地種群之間也未形成遺傳分化。因此,遺傳變異在二倍體鯽魚的入侵過程中可能發揮相對更大的作用。從基因組進化的角度分析,鯽魚的單性生殖種群比有性生殖種群在新環境的適應能力更強。研究還發現,選擇性清除區域的基因在功能上主要與胚胎發育和甘露糖苷酶活性有關,它們可能在二倍體鯽魚適應高原極端環境過程中發揮重要作用。 

圖2 拉魯濕地國家級自然保護區 

  對西藏外來鯽魚引入來源和倍性調查發現,西藏市場的鯽魚主要通過青藏公路和川藏公路分別從寧夏和四川的水產品市場中引入,由于宗教放生和養殖逃逸等原因進入西藏自然水體。拉魯、茶巴朗和扎西崗三個濕地中二倍體鯽魚數量占鯽魚總數量的百分比分別為60.9%、3.1%0%,倍性分布與濕地的開放狀態相關。拉魯濕地(圖2)自上世紀九十年代末成為自然保護區以后不對外開放,鯽魚不能夠通過放生的方式直接進入濕地;而茶巴朗和扎西崗是開放性濕地,通過放生鯽魚可以直接進入濕地。隨著我國魚類育種和養殖業的快速發展,市場上的三倍體鯽魚占絕對優勢,因此形成開放性濕地的鯽魚以三倍體為主的現象。 

  上述研究成果以“Genetic responses in sexual diploid and unisexual triploid goldfish (Carassius auratus) introduced into a high-altitude environment”“Genetic diversity and population structure of the invasive populations of goldfish Carassius auratus complex in Tibet”為題分別發表在期刊Molecular EcologyBiological Invasions上。水生所馮秀助理研究員為論文的第一作者,陳毅峰研究員和隋曉云高級實驗師為論文的共同通訊作者。該研究得到第二次青藏高原綜合科學考察研究(2019QZKK05012019QZKK0304)、國家自然科學基金(31601844)和中國科學院戰略性先導科技專項(XDA20050204)等項目資助。 

  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.16864https://link.springer.com/article/10.1007/s10530-023-03027-1 

 

 

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