2023-10-23
《Ecology and Evolution》
影响因子：2.6
近日，中山大学生命科学学院在生物学领域的《Ecology and Evolution》发表新研究成果！本研究对中国8个地点的156个间下鱵样本进行ddRAD-Seq，结果表明种群分类和非生物因素的影响使间下鱵发生了遗传和表型多态性以及适度的遗传分化。
研究背景 间下鱵是一种溯河产卵、半喙的淡海水鱼类，广泛分布于中国沿海地区和多样化的淡水系统，这使其成为系统地理学和当地适应研究的模型。本研究对来自异质水生栖息地的8个地点的156个样本进行了抽样，以检查环境和遗传对表型分化的影响。对来自不同流域的标本进行ddRAD-Seq，基于开发出的5498个SNP，研究种群分化。研究发现，当今中国大陆的种群分化成不同的遗传类群。从高原湖泊发生迁移后，群体历史表明间下鱵分化为两个主要群体，但两个种群中几乎没有发生遗传多样性的变化。此外，南部群体和其他群体的背鳍和肛鳍特征差异很大，这是个新发现。通过探索基因型-表型-环境关联并预测候选基因座，预测可能的候选基因。本研究旨在通过ddRAD方法探讨间下鱵的遗传多样性、种群历史和环境适应性。 02
研究材料与方法 1.实验材料 收集云南丹池、抚仙湖，珠海三水、高明和斗门，崇明河口，苏州太湖，济宁微山湖8个地点的间下鱵共156个样本。 2.测序平台 Illumina Hiseq2500 3.分析内容 PCA分析、进化树构建、遗传结构分析、群体遗传多样性分析、种群历史分析等。
研究结果 1.遗传多样性与种群分化 基于156个样本开发出5498个SNP用于遗传多样性分析，结果显示不同流域群体间的遗传多样性略有差异。种群间的平均预期杂合度（He）范围为0.1786-0.1973，而北部（SZ，CM，JN除外）和高原（DC，FXH）的He值高于南部群体，在核苷酸多样性方面也观察到类似的趋势。高原组是在迁移后形成，并且FIS值也是最低（0.0254-0.0265）。哈迪-温伯格不平衡位点检测显示，在每个群体中该值均<4%，但在整个群体中大多数（>70%）处于不平衡状态。5498个SNP的分子方差分析显示组间（56.70%）和群体内（43.01%）存在显著的遗传变异。此外，珠江水系南部类群的FST值与其余群体相比具有较高的分化水平（0.3171-0.3781），在分子系统发育树中形成了一个独特的聚类。尽管在过去几十年中，北部和高原的遗传差异均未达到显著水平（0.0372-0.0553），但FST略有增加，说明种群间存在一定遗传分化趋势。 图1 遗传多样性与种群分化数据统计 2.遗传结构、系统地理学和迁移分析 在系统发育分析中，南方群（SS、GM和DM）形成了一个独特的分支，而来自北部和高原湖泊系统的样本被分配到另一紧密的分支，表明这两个系统之间存在密切的关联。来自5个群体的8个样本被归类为姐妹分支，为迁移事件提供了有力证据。在PCA分析中可以明确地分成三个不同的谱系，而ADMIXTURE分析表明有三个遗传簇（K = 3），说明主成分分析和群体结构分析产生了类似的系统发育拓扑。基因流（TreeMix）分析揭示了两个关键结果：首先，在两个主要分支内，南部类群与其他群体明确分离，而高原类群和北部类群是混合类群，与二级优化结构中发现的类群相似。其次，个别种群内发生近期基因交流的事件。 图2 间下鱵遗传结构分析 3.种群历史分析 间下鱵的完整 SNP 数据集的结果具有显著的正值（Tajima`s D=1.936），这表明中频基因座是多态的且在基因组中占主导地位，说明种群细分保持了高的遗传方差。间下鱵祖先起源的四种可能场景在 DIYABC 中进行了展示。分析表明，南方种群和源自北方本土原生种群的高原种群具有最高的支持度，而其他模型的概率较低。基于种群统计模型，有效种群的大小值在区域间差异很大，具体：北部类群（NP）较大（8.69E+03），高原类群（PL）较小（6.42E+03），而南方类群（SP）仅为 7.17E+02。 图3 基于ABC模型的种群历史分析 4.基因型-环境和基因型-表型关联分析 基于开发出的5498个SNP，基于四个变量（溶解氧 、叶绿素 a、NH4+-N 和每日温度范围）进行气候和环境变量的冗余分析 (RDA) ，结果表明前两个成分的变异解释率分别为82.1%、8.96% ，显示出与基因型的显著统计学差异（p = 0.001，R2adj = 0 .2938）。Pearson分析区分了与背鳍和肛鳍基部相关的明显形状变化，表明显著表型差异的出现与基因型分化一致。在间下鱵基因型-表型关联（GPA）模型受到形态学约束时，使用 RDA 鉴定的10个表型性状表现出统计关联（p = .001，R2adj = 0.2438）。第一个RDA1轴代表SNP基因型的主要方差（76.74%），其次是RDA2（7.42%）和RDA3（4.95%）。肛鳍和背鳍是揭示南方群体和其他种群之间分离的核心变量（R2anal = 0.7269，R2dorsal = 0.4046），说明肛鳍和背鳍差异促进了生态型之间差异。 图4 冗余分析 5.受选择位点分析 用Bayescan方法，筛选出1099个基因座为受选择位点，其中1055个SNP的FST显著较高，而49个SNP显著较低。使用RDA模型，总共确定了94个GEA和29个GPA基因座。在GEA中，大多数基因座与NH4+-N和DO最相关。在其余的受选择位点中，7个与平均DTR相关，6个与叶绿素a含量相关；而在GPA中，很大一部分SNP与肛鳍和形态学上的标准长度相关。韦恩图显示有16个受选择位点同时包含GEA和GPA，总是上所述，结合Bayescan和RDA方法，共检测到9个处于多样化选择下的SNP，这些位点很有可能是候选位点。 图5 受选择位点分析
结论 本研究结果表明地下水屏障和非生物因素（DTR、DO、NH4+- N和叶绿素 a）在大范围内塑造了间下鱵的系统地理学和多样性。此外，高原湖泊中引入的间下鱵起源于北方，而南方种群的基因型和表型均出现明显的早期分化，这是一个可能发展成早期物种的孤立谱系。在南北群体中检测到距离隔离证明了间下鱵经历了细分，这对于适应新栖息地过程中的生存是必不可少的。间下鱵种群结构的形成、种群细分的相互作用以及非生物因素的强烈影响导致异质环境中的分歧，为迁移行为的作用消失提供了强有力的证据。
本研究的群体进化测序与部分分析由上海派森诺生物科技有限公司完成。如需进一步讨论，欢迎发邮件或者致电我们哟（邮箱地址：genome_support@personalbio.cn，联系电话：025-56165883-835）！
文章索引： Wang G P, Lai H, Bi S, et al. ddRAD-Seq reveals evolutionary insights into population differentiation and the cryptic phylogeography of Hyporhamphus intermedius in China[J]. Ecology and Evolution, 2022, 12(7):1-17. doi: 10.1038/s41588-021-00836-9
