西北太平洋厚蟹属的物种界定和生物地理学研究.ppt

Species Delimitation and Historical Biogeography in the Genus Helice (Brachyura: Varunidae) in the Northwestern Pacific,Wei Yin, Cuizhang Fu*, Li Guo, Qixin He, Jun Li, Binsong Jin, Qianhong Wu and Bo Li,西北太平洋厚蟹属的物种界定和生物地理研究,ZOOLOGICAL SCIENCE 26: 467475 (2009),报 告 人： 胡志勇 指导教师：傅萃长 副教授,作者介绍,通讯作者：傅萃长,博士研究生 复旦大学 研究方向：生物地理学，鱼类进化,副教授 复旦大学 主要研究方向：生态与历史生物地理；亲缘动物地理学；鱼类的系统发育与进化；河口的鱼类生态学与渔业,第一作者：殷维,Contents,重要名词解释,Pliocene：上新世，属于新生代第三纪后期，上新世猿人下树进入平地 Pleistocene：更新世，属于新生代第四纪早期，更新世人类开始出现 junior synonyms：后来命名的同物异名种，一般不被采用 analysis of molecular variance (AMOVA)：分子方差分析指通过估计单倍型(含等位基因) 或基因型之间的进化距离,进行遗传变异的等级剖分，巧妙的避开了分子差异不便于计算的难题 Haplotyple：是单倍体基因型的简称，在遗传学上是指在同一染色体上进行共同遗传的多个基因座上等位基因的组合,研究背景,厚蟹属Helice,厚蟹隶属于节肢动物门、甲壳纲、十足目、方蟹科 厚蟹种类：台湾厚蟹H. formosensis; 侧足厚蟹H. latimera; 天津厚蟹H. tientsinensis; 三齿厚蟹H. Tridens共四种 2. 厚蟹分布：西北太平洋大陆和岛屿海岸线潮间带的较高区域,From baidu,Yin et al.,研究背景,西北太平洋独特的地理特征,邻接着众多的边缘浅海，有日本海、黄海、东中国海、南中国海,西北太平洋在末次盛冰期时的海岸线(Ota, 1998) 引自陈卉,上新世和更新世冰期交替,海平面的升降,海面轮廓改变,影响物种的 形成,隔离和 二次接触,作用过程,研究背景此前的研究,影响近海鱼类种群空间结构(Liu et al., 2006, 2007),影响海洋产卵蟹类的物种形成和种群空间结构(Wang et al., 2008),影响潮间带螺类和近海 鱼类的系统地理分布 (Kojima et al., 2003, 2004, 2006; Liu et al., 2008),鱼类,蟹类,螺类 鱼类,上新世和更新 世冰期交替,西北太平洋洋流,研究背景,此前的研究,Shih and Suzuki (2008) 分析了厚蟹线粒体16S RNA 和COI基因，认为H. latimera, H. formosensis和H. tientsinensis组成了一个有待解决的复合分支H. latimera clade，由此推测厚蟹可能只由两个种组成H. latimera 和H. Tridens,研究背景,Shih and Suzuki的研究存在的不足,使用的分子标记少，仅有16S RNA 和COI基因 研究的地理区域相对较小 形态学没有佐证Shih提出的H. formosensis和H. Tientsinensis是H. latimera同物异名种(他们眼框下的齿堤数有显著差异) 没有给出明确的种的分界标准,研究目的,本研究拟解决的问题,扩大研究的范围使用更多分子标记探究厚蟹属内物种的个数，建立种与种之间的形态学分类标准 研究厚蟹属的历史生物地理学 ，分析厚蟹属的物种形成机制,材料方法,厚蟹的采集,共17个样点 共采集123个样本, 42 H. formosensis 37 H. latimera 42 H. tientsinensis 1 Helicana wuana 1 Chasmagnathus convexus,材料方法,DNA的提取,扩增,测序,采用酚氯仿法从蟹的腿部肌肉提取总DNA(Palumbi, 1996) PCR扩增以下片段：12S rRNA, 16S rRNA, COI, ITS-2和28S rRNA 1.52.0%的琼脂糖凝胶电泳纯化PCR产物 使用与PCR相同的引物做测序,实验内容,系统发育树的构建,第一步：序列排序和视觉检查 (Clustal X 1.83 (Thompson et al., 1997),第二步：选择数集和拆分序列：以(12S+16S+COI)基因为数据集构建系统树，首先划数集为五部分12S, 16S, 和3个COI编码区, 每一部分在MrModel test version 2.2 (Nylander, 2004)中选择一个独立替代模型,第三步：以每百代取样频率在MrBayes version 3.1.1中运行九百万代(Ronquist and Huelsenbeck, 2003),第四步：丢弃前三分之一部分，余下部分用于构建系统树,实验内容,单倍型网络图的构建,第一步：单倍型的鉴别使用软件DnaSP 4.20 (Rozas et al., 2003),第二步：在95%的隔离置信区间下，用简约法statistical parsimony algorithm (Templeton et al., 1992)在软件TCS 1.18中构建单倍型网络图 (Clement et al., 2000).,实验内容,种间遗传差异分析,第一部分：用配对P距离描述配对的物种间12S, 16S, COI, and ITS-2单倍型的差异MEGA 3.1 (Kumar et al., 2004),第二部分：用线粒体(12S+16S+COI)数据集和ITS-2基因在软件ARLEQUIN version 3.11 (Excoffier et al., 2005)中做分子生物学方差分析(AMOVA),实验内容,基因流和分化时间,基因流：使用隔离迁徙模型isolation-with-migration (IM) (Hey and Nielsen, 2004; Hey, 2005)计算H. formosensis, H. latimera和H. Tientsinensis之间的基因流,分化时间：H. formosensis, H. latimera, 和 H. tientsinensis之间分化时间的计算利用COI核16S基因数据在IM模型下得到。 以16S每百万年变异率0.880.035% , COI每百万年变异率2.330.95% (Schubart et al. 1998)为标准在MEGA中计算H. tridens 和 H. formosensis-latimera-tientsinensis复合体间净平均种群间遗传距离,实验内容形态上的分析,依据眼下方齿数和肝侧下脊线齿数做如下三种统计分析,研究结果序列差异,12S rRNA gene： 862个核苷酸位点中有59个变异位点17个简约信息位点。54条序列中有19个单倍型，种间共有单倍型极少,16S rRNA gene： 513个核苷酸位点中有54个变异位点34个简约信息位点。57条序列中有10个单倍型， H1, H4, 和H5是公共单倍型,COI gene： 618个核苷酸位点中有184个变异位点107个简约信息位点。57条序列中有16个单倍型，H1, H4,和H5是公共单倍型,ITS-2 locus： 593个核苷酸位点中有57个变异位点18个简约信息位点。36条序列中有5个单倍型,28S rRNA gene：8条序列中只有一个单倍型,研究结果单倍型树,单倍型贝叶斯树清晰的显示了H. tridens和 H. formosensis-latimera-tientsinensis复合体间具有显著差异 复合体内部中间单倍体树差异不显著,研究结果单倍型网路图,单倍型网络图显示了H. tridens和H. formosensis-latimera-tientsinensis复合体间具有显著差异 单倍型网络图表明H. formosensis-latimera-tientsinensis复合体间遗传差异显著，且有不完全的血统分类 H. formosensis, H. latimera和H. tientsinensis之间浅的线粒体基因分化，表明以上三物种近期才发生物种分化,研究结果基因流和分化时间,分子方差分析( ST=0.456, P0.001)和成对值 ST显示出三物种间(H. formosensis, H. latimera,和H. tientsinensis)除了ITS-2基因( ST=0.054, P=0.085)外显著的基因分化,基因分化,基因流,H. formosensis vs H. tientsinensis和H. latimera vs H. Tientsinensis之间的基因流极小(0.06-0.85)可忽略不计. 在H. formosensis和H. latimera间观察到不对称基因流，从H. formosensis到H. Latimera为15.41迁移率每代,反向为值0.07,研究结果基因流和分化时间,分化时间,研究结果形态上的差异,两位置的齿堤数在种间水平上均表现出显著差异， 眼下齿堤数在性别间表现出显著差异,研究结果形态上的差异,散点图中各物种以齿堤描述的散点不重叠，可见物种间两类齿堤差异显著,研究结果形态上的差异,基于相异系数矩阵原理，以两类齿堤数作聚类分析显示： 种内个体紧密聚在一起 形态差异显著，种间间距明显 建议用齿堤数作形态鉴定特征,讨论,贝叶斯树，单倍体网络图分析表明H. tridens和H.formosensis-latimera-tientsinensis complex具有明显的血系分化。配对的P距离显示他们间的差异在属内水平 (1.181.96% 和 4.025.02% for 16S 和 COI) 线粒体基因显示H. formosensis, H. latimera和H. tientsinensis间具有清晰的血系分化，但ITS-2基因分化不显著，因此他们的血系分化尚不完整 物种间微弱的基因流加上形态学上两类差异明显的齿堤数，我们认为以上三个厚蟹属物种为有效种，而非同物异名种,讨论厚蟹的历史生物地理学,H. tridens分布于日本，H. formosensis-latimera-tientsinensis分布中国韩国大陆的边缘海域以及冲绳和台湾。对马海峡(1.521.71 Ma)将日本与欧亚大陆隔开，由此为H. tridens的形成(1.421.92 Ma)创造了可能，而且海峡分离时间与两个谱系分化时间高度一致 此外Kuroshio洋流和对马洋流，以及冲绳海沟在更新世冰期和间冰