海洋生物学

基于微卫星标记9个缢蛏群体的遗传多样性分析

  • 吴贵清 , 1 ,
  • 李瑞华 1 ,
  • 肖意豪 1 ,
  • 陈彦林 1 ,
  • 罗璇 2 ,
  • 刘相全 3 ,
  • 朱佳杰 1 ,
  • 吴雪萍 , 1
展开
  • 1.广西民族大学海洋与生物技术学院, 广西 南宁 530007
  • 2.广西壮族自治区水产技术推广站, 广西 南宁 530016
  • 3.山东省海洋生态修复重点实验室(山东省海洋资源与环境研究院), 山东 烟台 264006
吴雪萍。email:

吴贵清(2000—), 男, 广西壮族自治区柳州市人, 硕士研究生, 从事贝类遗传与育种研究。email:

Copy editor: 殷波 , YIN Bo

收稿日期: 2024-06-01

  修回日期: 2024-08-19

  网络出版日期: 2024-08-30

基金资助

广西民族大学引进人才启动基金(2017KJQD007)

广西自然科学基金资助项目(2020GXNSFBA159010)

2022年广西壮族自治区大学生创新创业训练计划项目(S202210608162)

2022年广西壮族自治区大学生创新创业训练计划项目(S202210608163)

2023年广西壮族自治区大学生创新创业训练计划项目(S202310608040)

Analysis of genetic diversity in 9 populations of Sinonovacula constricta using microsatellite markers

  • WU Guiqing , 1 ,
  • LI Ruihua 1 ,
  • XIAO Yihao 1 ,
  • CHEN Yanlin 1 ,
  • LUO Xuan 2 ,
  • LIU Xiangquan 3 ,
  • ZHU Jiajie 1 ,
  • WU Xueping , 1
Expand
  • 1. School of Marine Science and Biotechnology, Guangxi Minzu University, Nanning 530007, China
  • 2. Guangxi Fisheries Technical Extension Station, Nanning 530016, China
  • 3. Shandong Provincial Key Laboratory of Restoration for Marine Ecology (Shandong Marine Resource and Environment Research Institute), Yantai 264006, China
WU Xueping. email:

Copy editor: YIN Bo

Received date: 2024-06-01

  Revised date: 2024-08-19

  Online published: 2024-08-30

Supported by

High Level Introduction of Talent Research Start-up Projects of Guangxi Minzu University(2017KJQD007)

Guangxi Natural Science Foundation Grant(2020GXNSFBA159010)

Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students of Guangxi in 2022(S202210608162)

Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students of Guangxi in 2022(S202210608163)

Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students of Guangxi in 2023(S202310608040)

摘要

利用基于简化基因组测序(restriction site associated DNA sequencing, RAD-seq)技术开发了10对新的多态性微卫星引物, 对辽宁丹东(DD)、河北秦皇岛(QHD)、辽宁庄河(ZH)、山东青岛(QD)、江苏连云港(LYG)、浙江宁波(NB)、福建厦门(XM)、广东惠州(HZ)和广西北海(BH)共9个缢蛏群体进行了遗传多样性分析, 在270个缢蛏个体中共检测到了352个等位基因。平均等位基因数(Na, number of alleles)在3.2000~4.3000之间、平均有效等位基因数(Ne, effective number of alleles)在1.8789~2.5433之间; 观测杂合度(Ho, observed heterozygosity)范围为0.0000~0.9667、平均观测杂合度在0.3088~0.5533之间; 期望杂合度(He, expected heterozygosity)范围为0.0000~0.7945、平均期望杂合度在0.3456~0.5715之间; 平均多态信息含量(PIC, polymorphic information content)在0.3373~0.5989之间。遗传多样性评估显示, 9个缢蛏群体的遗传多样性水平属于中等。群体间的遗传分化系数(Fst, genetic differentiation coefficient)在0.0547~0.3511之间, 其中QHD和ZH群体之间的Fst值最低为0.0547, 而LYG和BH群体之间的Fst值最高为0.3511。基因流(Nm, gene flow)在0.4620至4.3204之间, 其中QHD和ZH群体之间的Nm值最高为4.3204, 而LYG和BH群体之间的Nm值最低为0.4620。分子方差分析(analysis of molecular variance, AMOVA)分析结果显示, 群体间的遗传变异占总变异的33.04% (p < 0.01), 而群体内的遗传变异占总变异的66.96% (p < 0.01), 表明遗传变异不仅存在于个体间, 也存在于群体间, 但个体间的遗传变异大于群体间的遗传变异。非加权组平均法(unweighted pair-group method with arithmetic means, UPGMA)、Structure软件的聚类结果以及主坐标分析(principal coordinate analysis, PCoA)结果一致。研究结果显示, 9个缢蛏群体可分为3大支: 第一支由QHD、ZH、QD、DD 4个群体组成; 第二支由LYG、NB、XM、HZ 4个群体组成; 第三支由BH群体独立成支。

本文引用格式

吴贵清 , 李瑞华 , 肖意豪 , 陈彦林 , 罗璇 , 刘相全 , 朱佳杰 , 吴雪萍 . 基于微卫星标记9个缢蛏群体的遗传多样性分析[J]. 热带海洋学报, 2025 , 44(2) : 124 -136 . DOI: 10.11978/2024117

Abstract

RAD-seq technology was utilized to develop 10 pairs of novel polymorphic microsatellite primers for assessing genetic 有时候diversity in nine populations of Sinonovacula constricta of Dandong in Liaoning (DD), Qinhuangdao in Hebei (QHD), Zhuanghe in Liaoning (ZH), Qindao in Shandong (QD), Lianyungang in Jiangsu (LYG), Ningbo in Zhejiang (NB), Xiamen in Fujian (XM), Huizhou in Guangdong (HZ), and Beihai in Guangxi (BH). In 270 individuals of S. constricta, a total of 352 alleles were detected. The average number of alleles (Na) ranged from 3.2000 to 4.3000, with the average effective number of alleles (Ne) falling between 1.8789 and 2.5433. Observed heterozygosity (Ho) varied from 0.0000 to 0.9667, with an average ranging from 0.3088 to 0.5533. Expected heterozygosity (He) spanned from 0.0000 to 0.7945, with an average of 0.3456 to 0.5715. The average polymorphic information content (PIC) ranged from 0.3373 to 0.5989. Genetic diversity analysis indicated a moderate level of genetic diversity across the nine populations of S. constricta. The genetic differentiation coefficient (Fst) among populations ranged from 0.0547 to 0.3511, with the lowest Fst value observed between QHD and ZH (0.0547) and the highest between LYG and BH (0.3511). Gene flow (Nm) values ranged from 0.4620 to 4.3204, with the highest Nm value recorded between QHD and QD (4.3204) and the lowest between LYG and BH (0.4620). AMOVA analysis revealed that 33.04% of the total genetic variation existed among populations (p < 0.01), while 66.96% was within populations (p < 0.01), indicating that the genetic variation was observed not only among individuals but also among populations. However, the variation among individuals was greater than that among populations. Consistent results were obtained from UPGMA clustering, Structure clustering, and principal coordinate analysis (PCoA). The study delineated three main groups among the nine populations: the first group comprised QHD, ZH, QD and DD populations; the second group included LYG, NB, XM, and HZ populations; and the third group was independently represented by BH population.

缢蛏Sinonovacula constricta (Lamarck, 1818), 隶属于软体动物门(Mollusca), 瓣鳃纲(Lamellibranchia), 异齿亚纲(Heterodonta), 帘蛤目(Veneroida), 竹蛏科(Solenidae), 缢蛏属(Sinonovacula), 是一种生长在滩涂的海产双壳贝类, 与太平洋牡蛎、菲律宾蛤仔及泥蚶并称为中国四大传统养殖贝类, 在我国南北沿海均有分布。缢蛏肉质鲜美、营养丰富, 具有一定的食用和药用价值, 深受消费者们的喜爱。缢蛏在浙闽一带已有一百多年的养殖历史, 随着人工育苗技术的成熟和养殖规模的不断扩大, 江苏和山东等北方沿海也逐渐开展引种养殖。然而, 近年来我国缢蛏养殖状况表现为无序养殖、盲目引种、随意迁移, 加上过度捕捞和海洋环境日益恶化, 使得缢蛏多样性降低、种质资源混乱甚至严重退化。因此, 越来越多的研究人员致力于该物种种质资源的合理化利用及遗传多样性研究。
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分, 也是评估种质资源的重要依据。目前, 对缢蛏遗传多样性的研究主要集中在形态学、相关序列扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism, SRAP) (徐义平 等, 2017)、同工酶(王冬群 等, 2005)、线粒体CO I (cytochrome c oxidase subunit I)(牛东红 等, 2011)、随机扩增多态性DNA标记(random amplified polymorphic DNA, RAPD)(李成华, 2004; 于颖 等, 2007)、扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism, AFLP)(Wang et al, 2010)、简单序列间重复序列(inter-simple sequence repeat, ISSR) (牛东红 等, 2009)、真菌种属鉴定(internal transcribed spacer, ITS)(吴玲, 2013)、简单重复序列(simple sequence, repeat, SSR)(刘达博 等, 2011; 刘博 等, 2013; 邵艳卿 等, 2015)及单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)(滕爽爽 等, 2021)标记等方面。由此可见, 开展缢蛏的遗传多样性研究对于评估其种质资源状况和推动遗传育种工作具有重要意义。
微卫星标记, 也被称为短串联重复序列(short tandem repeat, STRs)或简单重复序列(simple sequence repeat, SSR), 是真核生物基因组中均匀分布的简单重复序列, 由2~6个核苷酸的串联重复片段构成。微卫星标记在遗传学研究领域的重要性日益凸显, 已被广泛应用于对水产动物群体遗传多样性和种群遗传结构的分析, 如尼罗罗非鱼(Hassanien et al, 2005)、草鱼(Chen et al, 2012)、华贵栉孔扇贝(Wang et al, 2013)、长牡蛎(于思梦 等, 2017)、黑鲤(Zhou et al, 2020)、菲律宾蛤仔(Zheng et al, 2023)等。同时基于二代/三代测序技术的飞速发展, 测序通量有了质的飞跃, 这为利用高通量测序技术进行分子标记分型提供了绝佳的发展机会。目前, 基于酶切的简化基因组测序(restriction site associated DNA sequencing, RAD-seq)技术开发微卫星标记已被广泛应用于水产动物的群体遗传结构分析, 如罗非鱼(Palaiokostas et al, 2013)、黑鲫鱼(Jeffries et al, 2016)、长牡蛎(Yue et al, 2020)、扇贝(Velez-Zuazo et al, 2022)、斑鰶(Peng et al, 2024)等。
本研究利用RAD-seq测序技术开发出新的10对缢蛏微卫星标记, 探究我国辽宁丹东、河北秦皇岛、辽宁庄河、山东青岛、江苏连云港、浙江宁波、福建厦门、广东惠州、广西北海沿海共9个野生缢蛏群体的遗传关系和遗传分化情况, 进一步丰富我国沿海缢蛏地理群体的遗传背景, 从而采取更加合理的方式保护缢蛏的良性繁衍。

1 材料与方法

1.1 试验材料的收集

9个群体的缢蛏分别于2022年7月至11月采自辽宁丹东(DD)、河北秦皇岛(QHD)、辽宁庄河(ZH)、山东青岛(QD)、江苏连云港(LYG)、浙江宁波(NB)、福建厦门(XM)、广东惠州(HZ)、广西北海(BH), 均为滩涂上自然繁殖自然生长的群体。每个群体各取30个个体, 共270个个体(表1)。个体鲜重为(10.57 ±2.19)g, 壳长为(51.41 ± 5.25)mm, 壳宽为(16.3 ± 1.46)mm。采样后剪取缢蛏腹足肌肉置于1.5mL无菌离心管, 加入75%乙醇并于-80℃冰箱中保存。采用苯酚-氯仿-异戊醇法(Cheng et al, 2019)从缢蛏足部肌肉中提取DNA, 置于-20℃保存备用。
表1 9个缢蛏群体采样信息

Tab. 1 Sampling information of 9 populations of S. constricta

采样地点 经度 纬度 样本量/个 采样时间
DD 124°16′54′′E 39°56′15′′N 30 2022年11月22日
QHD 119°26′11′′E 39°47′47′′N 30 2022年11月05日
ZH 122°38′59′′E 39°31′36′′N 30 2022年10月23日
QD 120°67′16′′E 36°16′06′′N 30 2022年10月15日
LYG 119°17′08′′E 34°46′50′′N 30 2022年9月27日
NB 121°43′55′′E 29°32′01′′N 30 2022年9月18日
XM 118°11′50′′E 24°29′18′′N 30 2022年8月25日
HZ 114°38′26′′E 22°45′40′′N 30 2022年8月12日
BH 109°06′33′′E 21°25′25′′N 30 2022年7月10日

1.2 试验方法

1.2.1 微卫星标记的开发

与北京诺禾致源生物公司合作构建RAD-seq文库。DNA样品经限制性内切酶酶切、连接P1和P2接头后混合后, PCR扩增完成文库制备。构建好的文库通过Illumina测序仪进行测序获得相应的微卫星序列。
从设计的引物中挑选20对缢蛏微卫星引物送往生工生物有限公司(上海)进行合成, 并在每对上游引物5端添加荧光标记5-羧基荧光素(5-carboxyfluorescein, FAM)或六氯荧光素(hexachlorofluorescein, HEX)。参照合成引物的退火温度, 使用3个北海缢蛏DNA样品对合成引物进行PCR扩增, 再通过琼脂糖凝胶电泳从20对引物中筛选出能获得清晰条带的10对引物, 并确定这10对引物的最佳退火温度。经筛选获得10对缢蛏微卫星引物分别为SC03、SC04、SC05、SC06、SC07、SC08、SC11、SC13、SC17、SC19, 扩增片段均为100~170bp, 便于电泳分型(表2)。
表2 10对缢蛏微卫星引物的信息

Tab. 2 Information of 10 pairs of microsatellite locus of S. constricta

位点 序列号 引物序列(5-3) 退火温度/℃ 片段大小/bp
SC03 PP409554 F: CTTATCTTTATCCTCCTCGCCAT
R: TGATGATAATGTTGAGGCTGTTG
54 120~160
SC04 PP409555 F: AGATAAAGCCAGGAAAACACAGA
R: GTTTACAATGAAAAGACAGATGGC
52 110~150
SC05 PP409556 F: TCTTGGTTAGAGTGGGTTGTTGT
R: TGCTTTCTAATGTGCCTTTCATT
52 130~170
SC06 PP409557 F: TTTCATGTTGTTGGTTGTTTGTT
R: AATGTTGCCAAATCAAAACATTC
54 110~150
SC07 PP409558 F: CATCATCATTAACCGTCCTCCTA
R:AGAAATTGGCATTGATAGCAAAA
52 120~160
SC08 PP409559 F: CCATGCATGAGAGTTAAGTAACAAA
R: CCAAGAATGCACAATAAAATTGA
52 120~160
SC11 PP409560 F: GACAATTATGATTGCGATTGGTT
R: TTGATACCCTTCATTCCAGCTTA
53 120~150
SC13 PP409560 F: ACAACGCCAGCAGTAACCTATAA
R: CGGTTGTGGAAGCAGTAGTAGTAG
54 100~140
SC17 PP409562 F: CACCTCTGTCTGAAAAACAAAAA
R: AGGGACACCCAGTACACATCTAT
50 130~170
SC19 PP409563 F: CAAAACCGGTTGGTAATGAATAA
R: TTTTGTTGTTGTTTTGTTGTTGC
55 120~160

1.2.2 PCR扩增

利用上述10对微卫星引物进行PCR扩增, PCR反应体系总体积为20µL: 2 × Easy Taq Mix (全式金生物, 北京) 10µL; 模板DNA 100ng; ddH2O 6µL; 正向引物(F) 1µL; 反向引物(R) 1µL。PCR扩增程序为: 94℃预变性3min; 94℃预变性45s; 退火温度45s (各引物退火温度见表2); 72℃延伸45s, 35个循环; 72℃延伸5min, 10℃保存产物。

1.2.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳及银染

将PCR扩增产物用8%非变性聚丙烯酰胺凝胶进行电泳检测, 以10bp DNA Ladder (Invitrogen上海生物技术有限公司, 中国)为参照, 扩增产物上样量为1µL, 内外电泳槽中各加入适量的1 × Tris-硼酸-EDTA (Tris-base, boric acid and Na2EDTA)电泳缓冲液, 220V电泳1.5h。
电泳结束后, 取凝胶放入500mL 0.1% AgNO3溶液中, 置于摇床上室温摇动10min, 摇动速度为50~60r ·min-1。之后使用超纯水洗涤凝胶, 再加入银染显色液500mL, 显色液使用前需加入5mL甲醛(CH2O), 于摇床上温室摇动至显色。最后利用凝胶扫描仪进行扫描成像。

1.3 数据分析

利用Popgene3.2软件分析各位点的等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)、群体近交指数(Fis)、遗传分化系数(Fst); 使用Genepop软件计算P-Val值; 利用Cervus4.0计算各个位点的多态信息含量(polymorphic information content, PIC)。
采用GenAlEx6.5软件计算群体间的Fst、基因流(Nm)、Nei’s遗传距离, 并对9个缢蛏群体进行主坐标分析(principal coordinate analysis, PCoA)以及对遗传距离与地理距离进行曼特尔检验(Mantel test); 使用Arlequin version 3.5进行分子生物学方差分析(analysis of molecular variance, AMOVA); 运用Mega7.0软件通过群体间Nei’s标准遗传距离建立非加权组平均法(unweighted pair-group method with arithmetic means, UPGMA)遗传关系聚类图。最后使用Structure v2.3.4软件基于贝叶斯模型对缢蛏进行个体分配检验, 分析缢蛏的群体遗传结构, 个体数设置为270, 微卫星位点设置为10。马尔科夫链(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)的长度设定为50000, 迭代次数(burn-in)设置为25000。K值范围设定为1~8, 每个K值重复20次。将Structure v2.3.4软件计算得到的结果提交给Structure harvester软件确定最佳K值, 然后使用Clumpp1.1.2软件进行聚类再用Distruct1.1进行可视化。

2 结果

2.1 9个缢蛏群体的遗传多样性评价

本研究采用10对微卫星分子引物对9个缢蛏群体270个个体进行遗传多样性分析, 共检测到了352个等位基因。由表3可见, 9个群体之间存在一定遗传差异, 等位基因数为1.0000~6.0000, 有效等位基因数为1.0000~4.5421, 观测杂合度(Ho)为0.0000~0.9667, 期望杂合度(He)为0.0000~0.7945, 多态信息含量(PIC)为0.0000~0.9080。经Bonferroni校正后, 9个缢蛏群体微卫星位点中存在个别位点显著偏离哈迪-温伯格平衡(P < 0.01), 如DD中的SCO4、SCO5、SCO6、SCO13、SCO19; QHD SCO4、SCO5、SCO17; ZH中的SCO4、SCO6、SCO7、SCO8、SCO19; QD中的SCO6、SCO8、SCO17、SCO19; LYG中的SCO3、SCO5、SCO13; NB SCO5、SCO13、SCO19; XM中的SCO3、SCO19; HZ中的SCO4、SCO5、SCO8、SCO17, 推测存在杂合子缺失的情况。
表3 9个缢蛏群体的平均遗传多样参数

Tab. 3 Average genetic diversity index of 9 populations of S. constricta

群体 参数 SC03 SC04 SC05 SC06 SC07 SC08 SC11 SC13 SC17 SC19 均值
DD Na 3.0000 3.0000 4.0000 5.0000 6.0000 5.0000 4.0000 4.0000 4.0000 4.0000 4.2000
Ne 1.7527 1.9674 2.3810 4.3239 2.9268 3.4118 3.2200 1.8127 1.4207 2.2161 2.5433
Ho 0.6000 0.0357 0.1000 0.4138 0.3333 0.6207 0.7667 0.2667 0.2333 0.0690 0.3439
He 0.4367 0.5006 0.5898 0.7822 0.6695 0.7193 0.7011 0.4559 0.3011 0.5584 0.5715
PIC 0.4510 0.4130 0.7330 0.7730 0.6070 0.9080 0.6650 0.4390 0.2870 0.4580 0.5734
P-value 1.0000 0.0000* 0.0000* 0.0000* 0.0033 0.0042 0.8245 0.0002* 0.0561 0.0000* 0.1888
QHD Na 5.0000 3.0000 5.0000 5.0000 4.0000 5.0000 3.0000 5.0000 4.0000 2.0000 4.1000
Ne 2.2416 1.4551 3.5644 4.4888 2.9851 3.3835 2.0619 1.6949 1.2721 1.9627 2.5110
Ho 0.7333 0.0333 0.5333 0.3667 0.4667 0.6000 0.9667 0.4000 0.2333 0.0345 0.4368
He 0.5633 0.3181 0.7316 0.7904 0.6763 0.7164 0.5237 0.4169 0.2175 0.4991 0.5453
PIC 0.5690 0.2860 0.7040 0.7550 0.6230 0.8260 0.3980 0.4050 0.2050 0.3700 0.5141
P-value 0.9964 0.0000* 0.0000* 0.0641 0.0025 1.0000 0.0459 1.0000 0.0000* 0.0205 0.3129
ZH Na 4.0000 3.0000 6.0000 5.0000 4.0000 6.0000 3.0000 5.0000 3.0000 3.0000 4.2000
Ne 2.5388 1.1450 2.9561 4.1570 2.5678 4.5113 2.3866 1.9759 1.2685 1.4019 2.4909
Ho 0.2667 0.0000 0.4138 0.3667 0.2000 0.6000 0.6071 0.4000 0.2333 0.0000 0.3088
He 0.6164 0.1288 0.6733 0.7723 0.6209 0.7915 0.5916 0.5023 0.2153 0.2915 0.5204
PIC 0.5360 0.1230 0.6750 0.7330 0.5300 0.8940 0.5080 0.4630 0.1990 0.2600 0.4921
P-value 0.0205 0.0003* 0.0022 0.0000* 0.0001* 0.0000* 0.0386 0.2979 1.0000 0.0000* 0.1359
QD Na 5.0000 2.0000 4.0000 5.0000 3.0000 4.0000 3.0000 5.0000 2.0000 4.0000 3.7000
Ne 1.6559 1.0689 3.4682 4.5421 1.3072 3.4221 2.0202 1.3206 1.0339 1.6408 2.1480
Ho 0.4000 0.0000 0.5333 0.2963 0.2000 0.7000 0.8667 0.2000 0.0333 0.1333 0.3363
He 0.4028 0.0655 0.7237 0.7945 0.239 0.7198 0.5136 0.2469 0.0333 0.3972 0.4136
PIC 0.3770 0.0620 0.0730 0.7560 0.2220 0.8590 0.3930 0.2340 0.0320 0.3650 0.3373
P-value 0.0316 0.0169 0.0036 0.0000* 0.2409 0.0000* 1.0000 0.0146 0.0000* 0.0002* 0.1308
LYG Na 1.0000 1.0000 5.0000 2.0000 2.0000 6.0000 4.0000 5.0000 3.0000 3.0000 3.2000
Ne 1.0000 1.0000 1.9956 1.2596 1.9978 4.2254 3.1634 1.7787 1.2237 1.1443 1.8789
Ho 0.0000 0.0000 0.3667 0.2333 0.9667 0.7333 0.6333 0.3667 0.1333 0.0667 0.3500
He 0.0000 0.0000 0.5073 0.2096 0.5079 0.7763 0.6955 0.4452 0.1859 0.1282 0.3456
PIC 0.0000 0.0320 0.6650 0.1850 0.3750 0.8710 0.6190 0.4160 0.1800 0.1240 0.3467
P-value 0.0000* 1.0000 0.0000* 1.0000 1.0000 0.1941 0.2597 0.0006* 0.0669 0.0169 0.3538
NB Na 5.0000 2.0000 5.0000 5.0000 2.0000 5.0000 3.0000 5.0000 2.0000 4.0000 3.8000
Ne 3.1746 1.0689 3.3835 3.1142 1.4274 4.0909 2.2727 2.2814 1.0339 1.4718 2.3319
Ho 0.4667 0.0000 0.4667 0.4333 0.3667 0.5333 0.9333 0.4000 0.0333 0.1000 0.3733
He 0.6966 0.0655 0.7164 0.6904 0.3045 0.7684 0.5695 0.5712 0.0333 0.3260 0.4742
PIC 0.6560 0.0620 0.8160 0.6430 0.2550 0.9030 0.4610 0.5500 0.0640 0.3050 0.4715
P-value 0.1371 0.0169 0.0000* 0.0058 1.0000 0.0217 0.9827 0.0000* 1.0000 0.0000* 0.3164
XM Na 2.0000 1.0000 4.0000 5.0000 5.0000 5.0000 3.0000 4.0000 4.0000 5.0000 3.8000
Ne 1.6000 1.0000 2.2876 3.5573 1.9063 3.8793 2.2032 2.1102 1.4634 1.8653 2.1873
Ho 0.4333 0.0000 0.3462 0.3667 0.4333 0.8000 0.9333 0.4333 0.2000 0.1000 0.4046
He 0.3814 0.0000 0.5739 0.7311 0.4836 0.7548 0.5554 0.5350 0.3220 0.4718 0.4809
PIC 0.6720 0.4410 0.8840 0.4420 0.4410 0.8840 0.4420 0.5260 0.2950 0.4440 0.5471
P-value 0.0000* 0.0044 0.6226 0.8616 0.0044 0.6226 0.8616 0.0068 0.0048 0.0000* 0.2989
HZ Na 5.0000 3.0000 5.0000 5.0000 2.0000 5.0000 4.0000 4.0000 2.0000 4.0000 3.9000
Ne 2.2939 1.2649 2.4931 3.4417 1.5139 3.8710 2.8257 1.3657 1.0339 1.5139 2.1618
Ho 0.5333 0.0333 0.2333 0.5667 0.4333 0.6333 0.7667 0.3000 0.0333 0.1333 0.3667
He 0.5734 0.2130 0.6090 0.7215 0.3452 0.7542 0.6571 0.2723 0.0333 0.3452 0.4524
PIC 0.5880 0.2130 0.7830 0.7260 0.3520 0.9010 0.6570 0.2450 0.0330 0.3460 0.4844
P-value 0.0937 0.0001* 0.0000* 0.0683 1.0000 0.0000* 0.6531 1.0000 0.0000* 0.0263 0.2841
BH Na 5.0000 3.0000 5.0000 3.0000 5.0000 5.0000 5.0000 5.0000 3.0000 4.0000 4.3000
Ne 2.2032 1.2270 2.4658 1.3943 4.5226 1.8927 2.8939 2.8571 1.9231 1.7561 2.3136
Ho 0.6333 0.2000 0.4333 0.3333 0.7667 0.5333 0.6667 0.7667 0.6667 0.5333 0.5533
He 0.5554 0.1881 0.6045 0.2876 0.7921 0.4797 0.6655 0.6610 0.4881 0.4379 0.5160
PIC 0.5030 0.1770 0.7760 0.2510 0.8590 0.6010 0.7320 0.7160 0.6220 0.7520 0.5989
P-value 0.9440 1.0000 0.0181 1.0000 0.4223 0.7689 0.9183 1.0000 0.9940 0.9761 0.8042

注: 等位基因总数为352个。*表示经过Bonferroni矫正后显著偏离哈迪-温伯格定律(P < 0.01)

9个缢蛏群体的平均等位基因数(Na)为3.2000~4.3000; 平均有效等位基因数(Ne)为1.8789~2.5433; 平均观测杂合度(Ho)为0.3088~0.5533; 平均期望观测杂合度(He)为0.3456~0.5715; 平均多态信息含量(PIC)在0.3373~0.5989之间, 9个群体的平均观测杂合度均低于平均期望杂合度, 说明9个群体可能存在杂合子缺失的情况(表3)。

2.2 遗传分化分析

计算了9个群体之间的FstNm (表4), 结果显示各群体之间的Fst值在0.0547~0.3511之间。QHD和ZH群体之间的Fst值最低, 为0.0547; LYG和BH群体之间的Fst值最高, 为0.3511; BH群体与DD群体之间的Fst值为0.2255, 与其他6个群体之间的Fst值均大于0.25。9个群体之间的Nm值介于0.4620~4.3204之间, 其中QHD和ZH群体之间的Nm值最高, 为4.3204, 而LYG和BH群体之间的Nm值最低, 为0.4620。此外, BH群体与其他8个群体之间的Nm值均小于1, 表明BH群体与其他群体之间的基因交流受阻。
表4 9个缢蛏群体间的遗传分化系数(对角线下)和基因流(对角线以上)

Tab. 4 Genetic differentiation index (below diagonal) and gene flow (above diagonal) of 9 populations of S. constricta

群体 DD QHD ZH QD LYG NB XM HZ BH
DD 2.7297 1.6497 1.0460 0.5298 0.8741 0.8756 0.8188 0.8586
QHD 0.0839 4.3204 1.5281 0.6187 1.1282 1.4507 0.9450 0.7350
ZH 0.1316 0.0547 2.6981 0.7194 1.5093 1.2707 0.8271 0.8508
QD 0.1929 0.1406 0.0848 0.7186 1.2951 0.9248 1.0665 0.5406
LYG 0.3206 0.2878 0.2579 0.2581 1.7892 1.0146 1.0294 0.4620
NB 0.2224 0.1814 0.1421 0.1618 0.1226 2.1219 1.1939 0.6296
XM 0.2221 0.1470 0.1644 0.2128 0.1977 0.1054 3.4211 0.6309
HZ 0.2339 0.2092 0.2321 0.1899 0.1954 0.1142 0.0681 0.6009
BH 0.2255 0.2538 0.2721 0.3162 0.3511 0.2842 0.2838 0.2938
根据表5中的AMOVA分析结果显示, 群体间的遗传变异占总变异的33.04% (P < 0.01), 而群体内的遗传变异占总变异的66.96% (P < 0.01)。这表明遗传变异不仅存在于群体内, 也存在于群体间, 但群体内的遗传变异大于群体间的遗传变异。
表5 9个缢蛏群体的AMOVA分析

Tab. 5 AMOVA analysis of 9 populations of S. constricta

变异来源 自由度 平方和 方差分量 变异百分比/%
群体间 8 630.102 1.26981Va 33.04**
群体内 531 1366.717 2.57385Vb 66.96**
总计 539 1996.819 3.84367 100

注: **表示1023次模拟检验后显示为差异极显著(p < 0.01)。Va表示

群体间的遗传变异, Vb表示群体内的遗传变异

2.3 遗传结构分析

表6所示, 9个群体间的遗传距离和遗传相似指数值分别为0.1471~2.8838和0.0566~0.8632, 其中QHD和ZH群体遗传距离最近(0.1471), 遗传相似指数最高(0.8632); LYG和BH群体的遗传距离最远(2.8838), 遗传相似指数最低(0.0559)。经Mantel分析得出的结果显示, P值为0.040, R值为0.500, 表明地理距离与遗传距离具有一定程度的相关性(图1)。由此可见, 这9个缢蛏群体之间存在一定的遗传差异。
表6 9个群体间的Neis遗传距离(对角线下)和遗传相似指数(对角线上)

Tab. 6 Nei’s genetic distance (below diagonal) and genetic identity (above diagonal) of 9 populations

群体 DD QHD ZH QD LYG NB XM HZ BH
DD 0.7501 0.6262 0.5149 0.1806 0.3759 0.3309 0.3403 0.1000
QHD 0.2875 0.8632 0.6573 0.2957 0.5220 0.5833 0.4370 0.0712
ZH 0.4681 0.1471 0.8187 0.4218 0.6405 0.5575 0.4148 0.0680
QD 0.6637 0.4196 0.2000 0.4845 0.6434 0.4846 0.5954 0.0613
LYG 1.7115 1.2185 0.8631 0.7247 0.7722 0.5684 0.5911 0.0559
NB 0.9785 0.6501 0.4455 0.4411 0.2586 0.7310 0.7133 0.0792
XM 1.1059 0.5391 0.5843 0.7244 0.5649 0.3134 0.8574 0.0659
HZ 1.0780 0.8278 0.8798 0.5185 0.5257 0.3378 0.1538 0.0566
BH 2.3022 2.6421 2.6885 2.7917 2.8838 2.5353 2.7198 2.8723
图1 地理距离和遗传距离的Mantel分析(P < 0.05)

Fig. 1 Mantel test of geographical distance and genetic distance

根据Nei’s遗传距离值构建UPGMA遗传关系聚类分析图(图2), 结果显示, 9个缢蛏群体大体上分为3大支。 第一支包括QHD、ZH、QD和DD群体; 第二支包括LYG、NB、XM和HZ群体; BH群体自成一支。PcoA的结果也表明, DD、QHD、ZH和QD群体聚为一类, LYG、NB、XM与HZ群体聚为一类, BH群体单独为一类(图3)。另外, 根据Structure harvester计算得到DeltaKK值变化的情况, 如图4所示。DeltaK = mean(|L"(K)|)/sd(L(K)), 式中DeltaK表示群体结构分析中不同K值(即假设的群体数量)的拟合优度, L(K)表示聚类数目为K时, 模型的对数似然值, 它反映了给定K的情况下, 数据在该模型下的拟合程度。L''(K)是L(K)对K的二阶导数(即变化率的变化), 这表示随着K增加, 拟合度变化的加速度。从图4中可以看出, 当K=3时, DeltaK的值最大, 表明K=3是最合适的分组, 这表明这9个缢蛏群体来自3个不同的同源基因库。此外, 270个样本的种群概率分布Q值统计表显示这些个体可以被归为3个类群(图5)。综上所述, 通过UPGMA聚类分析、PCoA分析、Structure Harvester分析以及种群概率分布Q值分析, 得出这9个缢蛏群体来自3个不同的同源基因库的结论, 3大支系聚类关系明确。
图2 基于缢蛏9个群体遗传距离构建的UPGMA聚类图

进化树上的数值及长度表示不同地理群体缢蛏之间的进化距离

Fig. 2 Construction of UPMGA Cluster Map based on genetic distance of 9 populations of S. constricta

The values and lengths on the evolutionary tree represent the evolutionary distance between different geographic populations of razor clams

图3 9个缢蛏群体的PCoA图

Fig. 3 PCoA analysis of 9 populations of S. constricta

图4 根据Structure Harvester评估的最佳K

Fig. 4 The optimal K value determined by Structure Harvester evaluation

图5 基于贝叶斯模型的270个缢蛏样品的种群结构

Fig. 5 Population structure of 270 S. constricta samples based on Bayesian model

3 讨论

3.1 9个缢蛏群体的遗传多样性

在进行群体遗传多样性研究时, 确保群体样本数量充足至关重要。随着群体样本数量的变化, 检测到的等位基因数可能会发生变化, 而样本数量与检测到的等位基因数以及有效等位基因数之间存在正相关关系。研究表明, 只有当样本量达到40个或以上时, 等位基因数和有效等位基因数才会趋于稳定(李鸥 等, 2009; Li et al, 2022)。另一项研究结果指出, 样本量需大于30个才能使期望杂合度稳定下来(牛东红 等, 2010; Niwa et al, 2022)。本研究选择了270个缢蛏样本, 各微卫星位点的等位基因数、有效等位基因数以及期望杂合度等指标均呈稳定状态。此外, 据报道, 在微卫星分析中, 性别对群体遗传多样性没有显著影响(包文斌 等, 2007; Islam et al, 2019)。
遗传多样性是研究生物多样性的重要组成部分, 是生物进化和物种进化的基础。等位基因、有效等位基因、观测杂合度、期望杂合度、多态信息含量等参数可以反映群体的遗传多样性水平, 其数值大小与基因的多样性相关联(Tang et al, 2024)。一般来说, 如果有效等位基因数值(Ne)接近等位基因数(Na)的绝对值, 那么群体中的等位基因分布就越均匀(李景芬 等, 2020)。本研究10个微卫星位点在9个缢蛏群体中检测到平均等位基因数为3.2000~4.3000, 平均有效等位基因数为1.8789~2.5433, 这表明各个群体中都存在等位基因数量不均匀的情况, 而这种情况在其他水产动物如栉孔扇贝(Chlamys farreri)(张秀英 等, 2012)、马氏珠母贝(Pinctada martensii)(苏晓盈 等, 2021)、方班东风螺(Babylonia areolata)(梁园 等, 2022)、长牡蛎(Crassostrea gigas)(李妍 等, 2024)等也观察到。杂合度也是评估种群遗传多样性的重要指标之一, 因为它根据每个等位基因的基因频率计算, 不容易受样本量影响, 从而更能准确反映种群的遗传多样性水平(Qin et al, 2014)。本研究中观测到的平均杂合度范围为0.3088~0.5533, 而期望观测杂合度的平均范围为0.3456~0.5715。除了LYG群体和BH群体外, 其他群体的平均观测杂合度均低于平均期望观测杂合度, 表明这些群体可能存在杂合子缺失的情况(阮惠婷 等, 2020)。多态信息含量可以用来衡量基因变异程度的高低。根据Botstein等(1980)的划分标准, 当PIC > 0.5, 表现为高度多态性; 当0.25 < PIC < 0.5, 表现为中度多态性; 当PIC < 0.25, 表现为低度多态性。本研究发现, 9个缢蛏群体的平均多态信息含量(PIC)在0.3373~0.5989之间, 显示出中等水平的多样性。这一结果与邵艳卿等(2015)和滕爽爽等(2021)的研究结果相似, 但低于刘达博等(2011)、牛东红等(2011)和刘博等(2013)的研究结果。缢蛏过去主要分布在浙江和福建地区。然而, 为了提前获得幼苗, 浙闽地区的养殖企业开始从广西等地购买亲贝进行人工繁殖。养殖出的幼苗部分在当地进行养殖, 而其他大部分养殖幼苗则销往辽宁、河北、山东、福建、广东和广西等地。随着需求增加, 这种无序繁殖、盲目引种和过度捕捞的现象日益加剧。同时, 随着沿海其他水产产业的发展, 环境遭受到破坏和污染, 在长期的污染环境下, 敏感个体逐渐消失, 导致种群数量减少。因此, 缢蛏群体可能出现了一定程度的遗传变异丧失现象。此外, 这种现象产生的原因可能还与采样地点、采样数量和标记方法的不同相关。
自然种群中在随机交配的情况下均符合Hardy-Weinberg平衡(黄新芯 等, 2025)。本研究中, 有部分位点显示不符合Hardy-Weinberg平衡, 其中有DD中的SCO4、SCO5、SCO6、SCO13、SCO19; QHD中的SCO4、SCO5、SCO17; ZH中的SCO4、SCO6、SCO7、SCO8、SCO19; QD中的SCO6、SCO8、SCO17、SCO19; LYG中的SCO3、SCO5、SCO13; NB中的SCO5、SCO13、SCO19; XM中的SCO3、SCO19; HZ的SCO4、SCO5、SCO8、SCO17, 因此推测存在杂合子缺失现象。可能原因包括样本量不足、无效等位基因以及群体未遵循随机交配原则等(谷德贤 等, 2021; 张帝 等, 2022)。排除了样本量不足的可能性后, 本研究中观察到的Hardy-Weinberg平衡偏离很可能是由于存在无效等位基因以及缢蛏群体未遵循随机交配原则所致。类似结果在刘达博等(2011)和Niu等(2012)的研究中也有观察到, 并且在牡蛎(郭香 等, 2018)、马氏珠母贝(李镒民 等, 2019)、文蛤(田镇 等, 2021)等其他物种的种群遗传多样性研究中也有相似的发现。

3.2 9个缢蛏群体的遗传分化和遗传结构

Fis又称哈迪-温伯格偏离指数(D), 表示群体偏离随机交配的程度, 可以用来检验群体杂合子是否缺失或过剩。当D > 0, 表示杂合子过剩; 当D < 0时, 表示杂合子缺失; 当D趋于0时, 表示基因分布趋近平衡(Hao et al, 2019; 范士琦 等, 2023)。本研究发现, 有5个位点(SC04、SC05、SC06、SC13、SC19)表现为杂合子过剩, 2个位点(SC11、SC17)表现为杂合子缺失, 3个位点(SC03、SC07、SC08)表现为基因分布平衡。Fis均值为0.1818 (D > 0), 表明群体间存在杂合子过剩状态。Fst是衡量群体间遗传分化程度的重要参数, 当Fst < 0.05, 表示群体间遗传分化较小; 当0.05 < Fst < 0.15, 表示遗传分化程度中等; 0.15 < Fst < 0.25表示遗传分化程度较大; Fst > 0.25, 表明遗传分化程度极大(孙志鹏 等, 2023)。在本研究中, 有5个位点在9个群体间的遗传分化系数Fst > 0.25, 分别为SC03 (0.4211)、SC04 (0.3320)、SC13 (0.4617)、SC17 (0.6957)和SC19 (0.4275), 表明这些位点在群体中的遗传分化明显。在本研究中, 9个群体的遗传分化系数Fst值介于0.0547~0.3511之间。大部分群体之间表现出中等程度的分化(0.15 < Fst < 0.25); LYG与DD、QHD、ZH、QD群体之间存在高度分化(Fst > 0.25); BH群体与DD外的其他7个群体之间显示极大的遗传分化, 其中BH和LYG群体之间的遗传分化最大(0.3511)。这一结果表明LYG与DD、QHD、ZH、QD群体之间, 以及BH群体与除DD外的其他7个群体之间, 可能已经发生了由遗传漂变引起的遗传分化。
基因流(Nm)与遗传分化系数(Fst)呈负相关关系, 是指在群体迁移过程中, 个体携带的基因对群体遗传变异产生的影响。当Nm > 1时, 表明不同种群之间存在基因交流, 导致遗传相似性增加, 从而减缓了种群间的遗传分化(赵文浩 等, 2023), 当Nm < 1时, 这意味着基因流的效果相对较弱, 种群间的基因难以有效传播和扩散, 基因交流不足以抵消种群内的遗传漂变, 在这种情况下, 遗传漂变对遗传分化起主要作用(Slatkin, 1987)。本研究中BH群体与其他8个群体之间的Nm值均小于1, 说明它与其他群体之间基因交流受阻。尽管广西等地的种群曾被其他地区引进, 但BH群体与其他8个种群之间的基因流较弱。这种现象可能是由于环境变化和资源竞争等压力, 进而导致遗传漂变的积累(Sumana et al, 2024; 唐芳 等, 2021)。其次, 在自然环境下, 海洋底栖无脊椎动物的基因流主要是通过配子和幼虫的扩散实现的(黄小林 等, 2018; 彭敏 等, 2022)。由于气候差异, 缢蛏在不同地区具有不同的繁殖时间。在广东和广西, 缢蛏的性腺成熟时间较早, 主要集中在8月初, 浙江地区通常在10月初, 而随着向北移动, 性成熟时间逐渐推迟。这种差异导致了不同地区缢蛏群体之间存在生殖隔离和有限的基因流。另外, 在本研究中, DD、ZH、QD和LYG群体所在地理位置属于黄海海域; QHD位于渤海海域; NB和XM位于东海海域; HZ和BH位于南海海域。BH群体与DD群体的直线距离最远(约为2460.3km), 和HZ群体在地理位置上的直线距离最近(约为398.5km)。缢蛏幼虫在附着前的平均浮游期为4~7d, 这段时间不足以实现有效的扩散。此外, BH群体与其他8个群体之间的基因流较小, 可能因为北海不是缢蛏苗种主要来源地。因此, BH群体与其他群体之间可能由于空间距离的隔离而受到基因流的阻碍, 从而导致遗传分化的发生。
本研究中AMOVA分子方差分析结果显示, 9个缢蛏群体的遗传变异中约66.96%来自群体内个体间的差异, 而群体间的变异占总变异的33.04%。此外, 各位点上群体间的遗传分化数值结果表明大约68.23%的遗传变异出现在群体内部, 31.77%的遗传分化源自群体间的差异, 说明遗传变异主要来自群体内部。这一研究结果与较近期的研究一致, 包括Niu等(2012)对10个缢蛏群体进行的SSR标记遗传变异分析、滕爽爽等(2021)对5个缢蛏群体进行的SNP标记遗传变异分析, 以及Orita等(2021)利用RAD-Seq开发SNP标记揭示日本有明湾缢蛏的遗传变异的研究。这些研究均得出相同的结论, 即遗传变异主要来自群体内个体间, 可能与频繁的引种和人为干扰密切相关。
遗传距离是研究物种遗传多样性的重要指标, 它反映了不同群体间的亲缘关系远近(Jombart et al, 2010)。本研究发现, ZH和QHD群体(直线距离约为259km)的遗传距离最近, 为0.1471, 表明这两个群体的亲缘关系最近。相较之下, ZH群体和DD群体在地理位置上更接近(直线距离约为172km), 但遗传距离为0.4681。从遗传距离的结果来看, 两个群体的遗传距离和地理距离并不存在明显的相关性。这可能表明, 缢蛏的遗传差异更多地受到养殖环境的相似性影响, 导致了一定程度的适应性趋同。这种情况在之前的其他研究中也有报道, 比如徐义平等(2017)的研究就有类似发现。也就是说, 相似的养殖环境可能在一定程度上掩盖了地理隔离所带来的遗传差异。需要注意的是, BH群体与其他8个群体之间的遗传距离均大于2, 其中与LYG群体的遗传距离最大, 达到2.8838, 显示这两个群体之间的亲缘关系最远。尽管BH群体与DD群体的直线距离最远, 约为2460.3km, 但它们之间的遗传距离为2.3022。这说明BH和DD群体在遗传上存在一定程度的相似性, 可能受到其他因素如基因流、人类活动等影响。这些研究结果与遗传分化、基因流的分析结果一致。另外, 为了评估遗传距离和地理距离之间的相关性进行了Mantel分析。在Mantel分析中, P值和R值是关键指标。通常情况下, 当P值小于0.05时被认为具有显著相关性, 而R值越接近1表示相关性越强(Sunagawa et al, 2015)。在本研究中, P值为0.040 (P < 0.05), 表明观察到的地理距离和遗传距离之间的相关性是显著的; 而R值为0.500, 表示这两个变量之间存在中等程度的相关性, 但并不是非常强烈。因此, 这个结果表明地理距离和遗传距离之间存在一定程度的相关性, 但并非非常强。总体而言, 本研究显示地理位置与遗传距离之间基本呈正相关。然而, 滕爽爽等(2021)利用SNP标记对山东东营、浙江乐清、福建云霄、广东湛江和广西钦州等5个缢蛏群体进行遗传结构分析; 徐义平等(2017)通过形态学和SRAP标记研究了浙江乐清湾、福建、江苏和山东等11个群体的遗传多样性; 刘博等(2013)采用SSR标记研究了福建云霄、广东湛江、天津塘沽和浙江乐清湾等4个群体的系统发生关系; Niu等(2012)使用SSR标记研究了我国沿海10个群体的遗传分化, 在这些研究中均发现地理距离与遗传距离并未呈现出明显的正相关性。这种差异可能源自不同群体的遗传演化历史、基因流、环境因素和人类活动等多种因素的综合影响, 以及使用不同遗传标记和分析方法所带来的影响。
基于9个缢蛏群体遗传距离的聚类分析表明, 9个缢蛏群体可分为3大支, QHD与ZH亲缘关系最近, 再与QD汇聚, 后与DD汇成第一支; 第二支是由LYG和NB、XM和HZ组成; 第三支由BH单独成支。BH群体与其他8个群体处于不同的分化支上, 表明该群体在长期繁衍过程中几乎与其他群体没有发生生殖交流, 可能是由地理因素造成的生殖隔离; 江苏以南、广东以北的群体处于同一条分化支上, 暗示这4个群体存在一定的生殖交流; 而辽宁至山东一带的缢蛏群体为同一分化支, 显示这4个群体同样存在生殖交流。尽管LYG群体与QD群体均属于黄海海域, 在理论上不应因地理隔离而发生生殖隔离, 但它们却出现在不同的分化支上, 暗示可能存在其他因素导致了这种分化, 如潮汐变化或生存适应等。UPGMA聚类结果与Structure聚类结果以及主坐标分析(PCoA)结果一致。

4 结论

基于对9个缢蛏群体的研究, 本研究发现这些群体呈现出中等水平的多样性, 并且在遗传结构上存在一定程度的分化。尽管不同群体之间存在一定程度的基因交流, 但本研究发现BH群体与其他8个群体之间的基因流均小于1, 表明这些群体之间的基因交流并不频繁。此外, 研究还发现地理距离和遗传距离之间存在一定程度的相关性, 尽管相关性并不十分强烈, 暗示着其他因素也可能在影响着这些群体之间的遗传结构。
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