2025-10-17
近日，上海市农科院在环境科学领域的《Water Biology and Security》（影响因子4.4）发表最新研究成果！本研究对来自亚洲37个地区的559份亚洲黄鳝（Monopterus albus）样本进行基因组测序，发现种群存在多处遗传结构断裂；系统发育和群体结构分析表明，亚洲黄鳝在宏观上可分为三个类群，可能对应Monopterus属内不同物种。这种隐蔽的物种分化模式可能与地理隔离及自然/人工选择有关。基于现有数据，推测该物种可能起源于南亚的孟加拉地区。本研究系统揭示了黄鳝的演化历史、遗传多样性及潜在适应性选择机制，为后续种质资源保护与优良品种选育提供了理论基础。
本研究中黄鳝群体进化测序和分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
研究背景
亚洲黄鳝（Monopterus albus）作为广泛分布于亚洲淡水环境的特色经济鱼种，因其生境退化、遗传资源流失及苗种繁育依赖野外捕捞等问题，亟需系统评估其种群遗传背景。尽管已有研究基于线粒体DNA和微卫星标记开展局部区域分析，但黄鳝的起源与遗传演化格局仍不明确，缺乏基于全基因组水平的大规模系统性研究。为此，本研究采集亚洲37个地区的野生黄鳝样本，利用基因组测序技术获取SNP数据，旨在：（1）解析黄鳝种群遗传多样性与遗传结构变异；（2）推断其进化历史与适应性基因；（3）为黄鳝种质资源的保护与可持续利用提供新见解。
研究材料与方法
1.实验材料：亚洲主要鳗鱼产区的 37 个采样点共采集了 559 个野生鳗鱼样本
2.测序平台：illumina Novaseq
3.分析内容：系统发育树构建、PCA分析、structure分析、基因流分析、选择性清除分析、FST和亲缘关系分析等
研究结果
变异检测分析
对37个种群的测序数据进行比对分析，共鉴定出82,715,793个高质量SNP。这些SNP主要分布于基因间区（47.93%）和内含子区（40.83%），其次为外显子区（5.37%）、上游（2.89%）及下游区域（2.86%）。突变碱基偏好分析显示，SNP突变位点明显倾向于A和T碱基，且多集中于A/T富集区域。在六种SNP突变类型中，T:A>C:G与C:G>T:A为最主要的突变形式。此外，3号和9号染色体局部存在高密度SNP分布，提示这两条染色体可能在演化过程中发挥了重要作用。
图1 采样地图和变异检测结果
系统发育和群体结构分析
系统发育与遗传结构分析结果显示：主成分分析将全部样本划分为三个明显类群，其中PC1和PC2的贡献率分别为63.37%和26.98%。Admixture分析表明，交叉验证误差在K=2时显著下降，在K≥3后趋于稳定。当K=3–4时，群体可分为三个清晰类群：类群I（BD、LD、NN、XSBN）和类群II（ID、LS、MYA、PH、VN、ZJ）均分布于北回归线以南，类群III则包含其余27个种群，主要分布于北回归线以北地区。随着K值增大，类群III内部出现进一步分化：K=6–7时，JJ、MZ、YC和LP形成高纯度亚群（III-i），CQ、HF、YY和XT构成另一亚群（III-ii），其余19个种群则呈现混合结构（III-iii）。系统发育树分析进一步验证了这一遗传结构。当K值继续增大至8–10时，群体遗传结构进一步细化，揭示出更多隐藏的遗传亚群，表明黄鳝种群间存在细腻的遗传分化。
图2 群体结构分析结果
群体遗传分化与亲缘关系
本研究所有种群的FST值介于0.01至0.94之间，差异范围较大。热图分析显示，不同类群间存在显著遗传分化，而同类群内种群间分化较小。基因组关系矩阵（G矩阵）结果表明，类群I和II内部亲缘关系紧密，而类群III内部亲缘关系较弱，且与类群I、II亲缘关系较远，进一步支持了此前基于群体结构分析所划分的三个类群。
图3 FST分析和亲缘关系分析
基因流分析
通过比较不同迁移事件数量（m=0–10）下的残差拟合热图，发现当迁移事件数为8（m=8）时模型拟合最优。基于这8次迁移事件构建的最大似然树所呈现的遗传联系，与系统发育树、主成分分析和群体结构分析结果一致。分析显示，最主要的基因流方向为从BD种群流向XSBN种群；此外也存在两条相对次要的迁移路径，分别由BD流向类群III-iii。这些结果表明BD种群向其他种群存在频繁的基因流动。同时，XSBN种群在基因交流中具有双重角色：既作为基因流输出方向类群II贡献基因，也作为接受方从类群III-i接收基因流。
图4 基因流分析
受选择候选基因
为探究温带与热带黄鳝种群间的选择特征，基于FST和θπ对类群I与III各亚群（III-i、III-ii、III-iii）进行了基因组选择扫描分析。结果显示，三个温带亚群分别鉴定出109、120和164个候选基因，其中53个为共有基因。这些共享基因功能多样，包括调控肾功能的nphs1与kirrel2、参与前肠呼吸器官发育的foxp2、与造血及血管生成相关的thbs1和vash1，以及涉及免疫调节与疾病抗性的rasgrp1、ltbp2等基因。GO与KEGG富集分析表明，候选基因主要集中于DRM复合体、电压门控钙通道、细胞骨架调控等细胞结构与功能类别，并显著富集于rap1信号通路、癌症相关microRNA、肌肉细胞骨架、胰岛素分泌及生长激素合成与作用等通路。
图5 选择性清除分析
结 论
本研究基于基因组测序系统解析了黄鳝的遗传多样性。系统发育与群体结构分析显示，野生黄鳝可分为三大类群，可能对应黄鳝属内不同物种。推测其起源于南亚次大陆，基因组结构受染色体融合与重组事件影响显著。伴随向高纬度扩散，黄鳝演化出独特的呼吸适应、皮肤形态及洞穴栖居特征。东南亚种群因环境相似且人为干扰弱，遗传分化较小；而中国大陆作为主要消费区，近年外来苗种的大量引入导致高、低纬度种群（如大陆与海南）间出现显著遗传结构差异。适应性基因分析进一步发现，nphs1、kirrel2与foxp2等基因在高纬度种群中受强烈选择，可能参与低氧水体环境的适应机制。本研究为黄鳝种质资源保护与可持续利用提供了理论依据。
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文章索引：Lv W, Li M, Zhao Y, et al. Single nucleotide polymorphisms reveal the population genetics and evolutionary history of the Asian swamp eel across Asia[J]. Water Biology and Security, 2025: 100466.
