中国东北地区东方铃蟾种群分化研究

论文摘要

目前针对东方铃蟾的研究主要侧重于铃蟾属或整个东方铃蟾分布范围内的种群进化关系或进化历史,虽然我国东北作为东方铃蟾的主要分布区,但是针对此地区东方铃蟾的种群进化关系或进化历史仍不明确,因此对我国东北地区东方铃蟾种群开展研究十分必要。同时针对东北亚地区气候变化和地质变迁对动物类群影响的研究主要集中于以喜马拉雅造山运动为核心的广大地区,而我们将通过对分布于我国东北地区东方铃蟾种群分化的研究揭示第四纪气候变化和郯庐断裂带的地质变迁对我国东北地区动物类群的影响,填补东北亚地区气候变化和地质变迁对动物类群影响的空白。东方铃蟾是铃蟾属中唯一分布于东北亚地区的物种,由于其独特的分布特点,借以研究东方铃蟾的扩散行为及种群遗传结构特征揭示东北亚地区的地质变迁历程再合适不过。因此东方铃蟾是开展本项目理想的研究体系。本研究的目的:（1）对我国东北地区东方铃蟾种群的遗传多样性和遗传结构展开研究;（2）重建我国东北地区东方铃蟾种群的系统发育关系并评估其分化时间;（3）探究东方铃蟾的扩散模式特征;（4）推测我国东北地区东方铃蟾的种群历史;（5）利用19个气候变化因子预测东方铃蟾种群过去、现在和未来的物种分布。获得了以下主要研究结果:1.利用mtDNA、SSR和SNP数据对我国东北地区东方铃蟾种群遗传结构分析结果显示:以郯庐地震带北段（依兰-伊通断裂带）为分界出现显著的种群分化,断裂带以西涵盖HHS、HHC、HHX和HHM形成隔离种群（种群Ⅰ）,以东涵盖HHW、HMW、HMS、HMM、HD、JBL、JL、JTY和LDK等其他所有采样点为原始种群（种群Ⅱ）。2.基于线粒体数据结果,我国东北地区东方铃蟾种群的单倍型多样性Hd为0.774、核苷酸多样性π为0.00182。种群Ⅱ的遗传多样性水平明显高于种群Ⅰ（种群Ⅰ:Hd:0.443,π:0.00035;种群Ⅱ:Hd:0.869,π:0.00226）。基于微卫星数据,整体上看,观测杂合度Ho为0.479、期望杂合度He为0.540;种群Ⅱ相比种群Ⅰ同样表现出较高的遗传多样性水平（种群Ⅰ:Ho:0.389,He:0.431;种群Ⅱ:Ho:0.519,He:0.558）。基于SNP数据,整体上看,观测杂合度Ho为0.303、期望杂合度He为0.313;种群Ⅱ相比种群Ⅰ同样表现出较高的遗传多样性水平（种群Ⅰ:Ho:0.282,He:0.270;种群Ⅱ:Ho:0.324,He:0.325）。3.研究表明东方铃蟾具有偏雄扩散行为模式,具有长距离扩散能力（>30 km）。4.东方铃蟾分化时间的拓扑结构与系统发育树一致。我国东北地区东方铃蟾约0.24 Mya分化,进化枝Ⅰ约0.18 Mya分化,其中包含种群Ⅰ在内的亚枝约0.11 Mya分化,进化枝Ⅱ约0.17Mya分化。5.种群历史研究显示:种群Ⅰ的错配分布图呈L-型,表明种群平稳,与天际线轮廓图的结果相吻合;种群Ⅱ的错配分布图呈双峰,表明没有经历过扩张,结合天际线轮廓图,种群确实没有经历过扩张,只是在近年来种群规模出现下降;整体水平上的错配分布图呈现单峰,表明种群经历过扩张,结合天际线轮廓图,种群经历扩张之后出现了下降。6.物种分布模型结果显示:末次间冰期,东方铃蟾的适宜分布区主要位于我国东北以及朝鲜半岛;末次盛冰期,物种的适宜分布区向南移动,我国东北地区温度较低,已经不是东方铃蟾的适宜分布区;全新世中期,温度逐渐升高,我国东北以及朝鲜半岛再次成为东方铃蟾的适宜分布区;现在的气候与全新世中期相似,物种分布情况与全新世中期没有显著差异;由于全球气候变暖,2050年和2070年东方铃蟾的分布范围逐渐向北移动,我国东北地区不仅是东方铃蟾的适宜分布区,而且逐渐成为了东方铃蟾的最适分布区。我国东北地区东方铃蟾种群分化机制属于典型的扩散-隔离演化模式。即其在特定的第四纪间冰期通过扩散行为扩大分布范围,地质变迁导致种群隔离。对东方铃蟾种群分化时间估计的结果显示,东方铃蟾种群Ⅰ约0.11 Mya出现分化,结合物种分布模型结果,此时正处于间冰期,我国东北地区适宜东方铃蟾的分布,所以东方铃蟾种群的分化最早是由地质变迁引起。依兰-伊通断裂带在晚更新世有过强烈活动,导致我国东北地区东方铃蟾种群出现地理隔离,在之后的很长一段时间里由于断裂带的强烈活动和冰期的到来,东方铃蟾种群开始出现分化。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 前言
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 生物学特性
•     1.1.2 国内外研究进展
•   1.2 遗传标记及应用
•     1.2.1 线粒体标记及应用
•     1.2.2 微卫星标记（SSR）及应用
•     1.2.3 单核苷酸多态性（SNP）及应用
•   1.3 种群分化的影响因素
•   1.4 线核不一致现象
•   1.5 研究的目的意义
• 2 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 样本收集
•     2.1.2 主要仪器设备
•     2.1.3 试剂及配制
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 基因组DNA的提取与检测
•     2.2.2 线粒体基因扩增
•     2.2.3 微卫星数据分型
•     2.2.4 SNP标记分型
•   2.3 数据分析
•     2.3.1 序列饱和性检测
•     2.3.2 种群遗传多样性
•     2.3.3 种群遗传结构
•     2.3.4 扩散模式分析
•     2.3.5 分化时间估计
•     2.3.6 种群历史动态
•     2.3.7 物种分布预测
• 3 结果与分析
•   3.1 样本及数据获取
•   3.2 饱和性检测
•   3.3 种群遗传多样性
•     3.3.1 线粒体基因
•     3.3.2 核基因（微卫星数据和SNP数据）
•   3.4 种群遗传结构
•     3.4.1 系统发育重建
•     3.4.2 Structure分析
•   3.5 扩散模式分析
•   3.6 分化时间估计
•   3.7 种群历史动态
•   3.8 物种分布预测
• 4 讨论
•   4.1 我国东北地区东方铃蟾种群分化机制
•   4.2 东方铃蟾的偏雄扩散行为模式
•   4.3 气候变化和地质变迁对东方铃蟾种群分化及分布的影响
•   4.4 东方铃蟾种群的线核不一致现象
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史艳霜

导师: 徐纯柱

关键词: 东方铃蟾,种群分化,偏性扩散,遗传结构,地质变迁

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 东北农业大学

分类号: Q953

总页数: 70

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