我国泥鳅细胞地理学和分子系统地理学研究

The loach(Misgurnus anguillicaudatus), a small freshwater fish, is widely distributed in China.Cytogenetic studies on M. anguillicaudatus have demonstrated a extensive cytotype polymorphism in nature.This species is considered as an ideal model not only for studying the polyploidy fish cytogeography, but also it can be used as valuable material for polyploidy evolationary biology and breeding studies.Unfortunately, despite the existence of distinct ploidy levels in natural populations being recognized for a long time, cytogeography and molecular phylogeography studies on the different ploidy levels have generally made no attempt to investigate the different ploidy levels. The present project will do a comprehensive and systematic investigation on the geographic distribution of natural polyploidy of M.anguillicaudatus in the major river systems of China, to obtain the cytogeography charcateristic and distribution status of the M.anguillicaudatus, and based on such data, the fine-scale distribution pattern in mixed-ploidy populations would be analyzed.and then, the typical ecological condition of each cytotype of M anguillicaudatus will be investgated to address the relationship between the ecotope and the ploidy levels. Furthermore, the molecular phylogeography method containing SSR and mitochondrial sequence marker variation will be explored to analysis the formation, radiation and the phylogeny of the polyploidy M. anguillicaudatus in China,as well as the relationship between the distribution characteristic and the phylogeny. The overall purpose of the project is to elucidate the system evolution procedure of the polyploidy Misgurnus anguillicaudatus in China.

泥鳅是我国常见的小型经济鱼类，已有的细胞学研究结果表明，其染色体存在广泛的核型多态性，因此，泥鳅被认为是研究鱼类多倍体的细胞地理学、进化生物学和遗传育种学等领域的理想原材料。然而，到目前为止国内外尚未见关于泥鳅的细胞地理学和分子系统地理学等方面的研究和报道。本项目拟对我国主要江河水系的泥鳅进行系统的倍性调查，获取泥鳅的细胞地理学数据，绘制泥鳅多倍体地理分布图，阐明我国多倍体泥鳅的地理分布格局；并通过对我国不同倍性泥鳅典型的生态环境进行调查和分析，探讨多倍体泥鳅的地理分布与生态环境间的关系；同时采用分子系统地理学研究方法对我国主要江河水系的不同倍性泥鳅种群进行SSR和线粒体序列的分子标记变异分析，探讨我国多倍体泥鳅的发生、扩散和系统演化，及其与地质历史变迁和气候变化的关系，探讨泥鳅种群系统地理格局和系统发育间的关系，进而揭示多倍体泥鳅的种群进化历程。

项目已达到既定的研究目标，取得了预期的研究成果。项目完成了我国七大流域以及海南岛水系的泥鳅细胞地理学研究，涵盖了190个采样点，其中30个采样点检测到共计260尾多倍体泥鳅；多倍体泥鳅分布主要集中在长江流域中下游水体，在漓江水系以及白洋淀水体也发现了少量多倍体泥鳅的分布。同时，基于线粒体Cyt b基因与控制区（CR）序列以及基因组SNPs，系统地阐明我国四倍体泥鳅、二倍体泥鳅、北方泥鳅以及黑龙江泥鳅的群体遗传多样性与遗传分化，表明我国泥鳅属鱼类存在显著的遗传分化。基于外部形态比较分析，揭示了3种泥鳅属鱼类在眼间距（WI）、尾柄高（HCP）、尾柄长（LCP）、体高（HB）、体宽（WB）均存在显著性差异，且黑龙江泥鳅表现出更长的前躯长（DPR）。同时，基于COI基因开展了我国东北地区分布的5个鳅类物种DNA条形码研究，结果表明COI可以作为鳅类物种的鉴定标准之一。为了揭示泥鳅、北方泥鳅与黑龙江泥鳅特殊的地理分布格局与环境适应性，基于我国3种泥鳅属鱼类转录组测序获得的序列，鉴定出1392个泥鳅属单拷贝直系同源基因，物种进化速率计算得到了泥鳅属166个正向选择基因与589个快速进化基因，其中包括61个快速进化的正向选择基因。基因功能分类结果显示，其功能分为4类：信号转导，膜，能量代谢与细胞增殖或凋亡，推测其与泥鳅属物种不同环境下的温度适应性有关。同时，泥鳅、北方泥鳅与黑龙江泥鳅显示出相似的密码子与密码子对偏好性，且归因于选择压力；3个物种GC3与密码子有效指数均呈负相关，而与基因表达量呈现出显著正相关。依据Dufton的氨基酸S/C标准，泥鳅属物种的高表达基因倾向于使用更低S/C值的氨基酸。本课题研究结果系统地阐明了我国泥鳅多倍体的分布，群体结构以及泥鳅属物种的形态分化、环境适应性的遗传机制，为泥鳅属鱼类的自然资源保护，种质资源开发与利用提供了宝贵的数据资料。同时，泥鳅细胞地理学研究结果为水产动物细胞生物学研究提供了大量的理论依据与理想的实验材料，有助于深入研究水产动物多倍化事件的起源与进化历程。