系统发育基因组学探讨虾虎鱼类的分子系统进化及物种演化

Goby fish as a large animal groups play an important role in aquatic ecology and protection, but its main taxa classification pedigree remains unclear, and few studies of its evolutionary origin. To clarify the goby fish main taxa relationships and reveal the origin of evolutionary processes and mechanisms, this project intends to use phylogenomics technology to carry out a comprehensive study of molecular systematics and evolutionary mechanism system. First, each representative species of the subfamily groups to get the complete mitochondrial genome sequences and dozens of orthologous nuclear gene sequences to construct single-gene and multi-gene partition data matrix, analytical sequence composition and structure of the genome features; then using partitioning strategies via maximum likelihood and Bayesian methods and through topology check for robust phylogenetic trees, clear phylogenetic relationships of main lineages goby fish; then fossil based geological information using molecular clock estimates of each lineage and species differences timetable jointly history information to clarify the evolutionary history and mechanisms of the origin of goby fish.

虾虎鱼类作为一个庞大的动物类群在水生生态、种群保护中具有重要的意义，但其主要的分类系谱仍不清晰，并且其进化起源鲜有研究。为厘清虾虎鱼类主要分类阶元的系统发育关系并揭示其物种的起源演化进程和机制，本项目拟利用系统发育基因组学技术开展全面的分子系统学及系统演化机制研究。首先对该类群亚科以上分类阶元的每个代表性物种获得线粒体全基因组序列及几十个直系同源的核基因序列，构建单基因和多基因分区的数据矩阵，解析基因组的序列组成及结构特征；然后采用分区策略的最大似然法和贝叶斯法并经过拓扑结构校验以获得稳健的分子系统树，明确虾虎鱼类主要谱系的系统发育关系；然后基于地质化石信息利用分子钟估算各谱系及物种的分歧时间表，联合地史资料探究虾虎鱼类的起源演化历史和机制。

虾虎鱼类是虾虎亚目下所有物种的统称，是现存的鲈形目鱼类中最大的一个类群，虾虎鱼类的命名及分类较为混乱，且系统发育关系存在较大争议。相比于部分基因片段，线粒体全基因组序列包含的信息更为丰富，因而能得到更为全面，真实地研究结果。本项目测定了中国东海海域的 16 种虾虎鱼类线粒体全基因组序列，分析了其结构特征，并且结合公开数据库中已发表的另外 10 种虾虎鱼类全基因组序列，探讨了 26 种虾虎鱼类之间的系统发育及演化关系，旨在为虾虎鱼类的鉴定及分类提供新的观点及积累分子学信息。.主要研究成果如下： 1）16 种虾虎鱼类线粒体全基因组基因组成、基因排列顺序、碱基组成及密码子使用率均较为保守，与大多数脊椎动物线粒体全基因组结构特征相似，然而在非编码区则存在明显的变异。主要的非编码控制区（CR）变异较大，多数物种中识别了终止结合区的核心序列 ACATATATGT 及中央保守区中 CSB-E 的核心序列 GTGGG；CSB-D 相对较为保守，在大多数物种中被识别；所有物种中均缺失 CSB-F；保守序列区 CSB-1、2、3 均被识别。虾虎鱼类控制区存在的变异符合其未受到编码压力而进化速度较快的特点，同时也为讨论脊椎动物线粒体重复序列的产生、延伸和删减机制提供良好的材料。2）分子系统树显示不同科属的虾虎鱼类大多聚在一起。溪鳢位于树的根部位置，其次则是沙塘鳢科种类与塘鳢科种类。虾虎鱼科中的 5 个亚科聚为两个类群，虾虎鱼亚科聚为一类，拟虾虎鱼亚科、近盲虾虎鱼亚科、背眼虾虎鱼亚科及瓢虾虎鱼亚科聚为另一类。以上研究结果在一定程度上支持最近 Thacker 提出的虾虎鱼类 6 科分类系统。系统发育结果及种间遗传距离显示斑纹舌虾虎鱼与钝吻舌虾虎鱼，矛尾刺虾虎鱼与斑尾刺虾虎鱼为同种异名。3）基于线粒体基因组所有编码基因序列的分子钟估算结果显示本研究中的虾虎鱼科种类可能起源于始新世晚期至渐新世时间段内，在中新世进一步分化为具有现代特征的虾虎鱼种类。