犁头鳅属鱼类物种分化过程

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1 动 物 学 研 究 200,Jun. 3(3): CN /Q ISSN Zoological Research DOI:0.3724/SP.J 犁 头 鳅 属 鱼 类 物 种 地 理 分 化 过 程 唐 琼 英, 俞 丹, 杨 金 权 2,*, 刘 焕 章 (. 中 国 科 学 院 水 生 生 物 研 究 所 水 生 生 物 多 样 性 与 保 护 重 点 实 验 室, 湖 北 武 汉 ;2. 上 海 海 洋 大 学 鱼 类 研 究 室, 上 海 20306) 摘 要 : 犁 头 鳅 属 为 中 国 的 特 有 属, 包 括 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 两 个 物 种 犁 头 鳅 广 泛 分 布 于 长 江 中 上 游, 而 长 鳍 犁 头 鳅 则 局 限 分 布 于 闽 江 水 系 该 研 究 对 采 自 长 江 中 上 游 的 犁 头 鳅 20 个 个 体 和 闽 江 水 系 的 长 鳍 犁 头 鳅 8 个 个 体 的 线 粒 体 细 胞 色 素 b(cyt b) 基 因 序 列 进 行 分 析, 以 期 对 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 物 种 地 理 分 化 过 程 进 行 研 究 结 果 显 示, 犁 头 鳅 不 同 单 倍 型 之 间 的 遗 传 变 异 水 平 为 0.%~.8%, 平 均 为 0.7%; 长 鳍 犁 头 鳅 各 单 倍 型 之 间 的 遗 传 变 异 水 平 为 0.6%~.3%, 平 均 为 0.7%; 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 单 倍 型 之 间 的 遗 传 差 异 也 较 小, 仅 为 0.2%~.8%, 平 均 为 0.9% 采 用 邻 接 (NJ) 法 和 贝 叶 斯 (BI) 法 构 建 的 分 子 系 统 发 育 树 都 一 致 显 示, 该 研 究 中 的 犁 头 鳅 属 鱼 类 构 成 一 个 单 系 ; 所 有 长 鳍 犁 头 鳅 样 本 构 成 一 个 单 系, 位 于 系 统 发 育 树 的 顶 部 位 置 ; 犁 头 鳅 的 样 本 不 构 成 单 系, 而 是 形 成 并 系 从 形 态 上 看, 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 均 为 有 效 种 由 此 推 测, 在 第 四 纪 冰 期, 长 江 中 下 游 的 犁 头 鳅 沿 东 海 大 陆 架 向 南 扩 散 到 东 南 沿 海 水 系, 长 鳍 犁 头 鳅 可 能 是 犁 头 鳅 的 一 个 种 群 扩 散 到 闽 江 水 系 后, 由 于 适 应 新 的 环 境 条 件 而 分 化 成 的 一 个 新 物 种, 剩 下 的 长 江 流 域 的 犁 头 鳅 种 群 则 构 成 一 个 并 系 类 群 该 文 对 于 类 似 的 地 理 物 种 形 成 方 式 也 进 行 了 讨 论 关 键 词 : 犁 头 鳅 属 ; 物 种 地 理 分 化 ; 东 海 大 陆 架 ; 长 江 水 系 ; 闽 江 水 系 中 图 分 类 号 :Q ; Q349 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 : (200) Geographical Speciation Process of the Genus Lepturichthys (Cypriniformes: Balitoridae) TANG Qiong-Ying, YU Dan, YANG Jin-Quan 2, LIU Huan-Zhang,* (. The Key Laboratory of Aquatic Biodiversity and Conservation, Institute of Hydrobiology, the Chinese Academy of Sciences, Wuhan , China; 2. Laboratory of Fishes, Shanghai Ocean University, Shanghai , China) Abstract: The genus Lepturichthys is endemic in China, including two valid species, L. fimbriata and L. dolichopterus. The former is widely distributed in the Upper and Middle Yangtze River, while the latter only in Minjiang River. In the present study, the mitochondrial cytochrome b gene sequences were analyzed for 20 individuals of L. fimbriata collected from the Upper and Middle Yangtze River and eight individuals of L. dolichopterus collected from Minjiang River. This paper aimed to investigate the geographical speciation process of the genus Lepturichthys. The results showed that the genetic variations among different haplotypes of L. fimbriata ranged from 0.% to.8%, with an average of 0.7%, and from 0.6% to.3%, with an average of 0.7% among different haplotypes of L. dolichopterus. The variations between L. fimbriata and L. dolichopterus were also very low, ranging from 0.2% to.8%, with an average of 0.9%. Two methods, Neighbor Joining (NJ) and Bayesian analysis (BI), were used for constructing the molecular phylogenetic trees. Both NJ and BI trees indicated that all Lepturichthys specimens formed as a monophyletic group; the L. dolichopterus samples also formed as monophyletic group, having a derived position in the phylogenetic trees, while the L. fimbriata samples formed as a paraphyletic group. Both L. fimbriata and L. dolichopterus are valid species in morphology. Based on molecular and morphological data, we presumed that the geographical speciation process of the genus Lepturichthys could be as following: during the Quaternary Glacial period, L. fimbriata in the Middle and Lower Yangtze River dispersed to the drainages of Southeast China along the Continental Shelf of East China Sea, one population spread to the Minjiang River and envolved as a new species (L. dolichopterus) because of considerable environmental difference, while the remaining L. fimbriata populations in the Yangtze River formed as a paraphyly. The other similar geographical speciation patterns are discussed in the present study as well. 收 稿 日 期 : ; 接 受 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( ; ); 美 国 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 CToL 通 讯 作 者 (Corresponding author),tel: , hzliu@ihb.ac.cn

2 3 期 唐 琼 英 等 : 犁 头 鳅 属 鱼 类 物 种 地 理 分 化 过 程 23 Key words: Lepturichthys; Geographical speciation; Continental shelf of East China Sea; Yangtze River; Minjiang River 物 种 分 化 是 指 一 个 物 种 产 生 分 化 而 形 成 新 物 种 的 进 化 过 程 物 种 分 化 是 物 种 多 样 性 形 成 的 基 本 过 程, 是 生 物 多 样 性 起 源 的 重 要 组 成 部 分 对 物 种 分 化 的 研 究 是 进 化 生 物 学 最 热 门 的 研 究 课 题 之 一 2009 年 是 达 尔 文 诞 辰 200 周 年 和 物 种 起 源 发 表 50 周 年 纪 念, 因 此, 关 于 物 种 分 化 的 研 究 再 次 成 为 最 活 跃 最 热 门 的 研 究 课 题 引 起 物 种 分 化 的 因 素 有 很 多, 其 中 隔 离 是 一 个 重 要 的 影 响 因 素 在 物 种 分 化 过 程 中, 隔 离 ( 包 括 地 理 隔 离 和 生 殖 隔 离 ) 起 着 十 分 关 键 的 作 用 隔 离 是 物 种 形 成 的 一 个 极 为 重 要 的 条 件, 隔 离 导 致 遗 传 物 质 交 流 中 断, 使 群 体 歧 化 不 断 加 深, 直 至 新 种 形 成 隔 离 ( 主 要 是 环 境 隔 离 ) 既 是 物 种 形 成 的 重 要 条 件, 隔 离 ( 主 要 是 生 殖 隔 离 ) 同 时 又 是 物 种 形 成 的 重 要 标 志 (Xia,2005) 关 于 物 种 的 分 化 过 程, Avise(2000) 认 为 要 经 历 复 系 并 系 单 系 三 个 阶 段, 即 在 进 化 初 期 由 一 个 祖 先 分 化 出 A 种 群 和 B 种 群, 它 们 分 别 分 化 出 很 多 分 支 隔 离 的 出 现 使 这 些 分 支 随 机 分 布 在 不 同 的 生 境, 此 时 这 两 个 种 群 间 存 在 基 因 交 流, 相 互 构 成 复 系 关 系 ; 在 后 来 的 进 化 过 程 中, 由 于 自 然 选 择 瓶 颈 效 应 等 各 种 因 素 的 作 用, 种 群 B 成 为 一 个 单 系 群, 而 种 群 A 则 可 能 成 为 一 个 并 系 群 再 后 来, 随 着 时 间 的 推 移, 种 群 A 也 会 进 化 为 一 个 单 系 群 这 样 A 和 B 分 别 构 成 各 自 的 单 系 群, 成 为 两 个 分 化 完 全 的 物 种 根 据 这 一 假 说, 一 个 物 种 为 单 系, 其 祖 先 种 为 并 系, 这 一 状 态 成 为 物 种 处 于 早 期 分 化 阶 段 的 一 个 标 记 研 究 物 种 分 化 过 程 的 方 法 有 很 多, 谱 系 生 物 地 理 学 (phylogeography) 是 近 年 来 随 着 分 子 生 物 学 技 术 的 发 展 而 兴 起 的 一 门 学 科, 它 是 采 用 分 子 系 统 发 育 分 析 的 方 法, 探 讨 近 缘 物 种 或 种 内 族 群 间 的 演 化 与 地 质 历 史 事 件 之 间 的 关 系, 分 析 种 间 或 种 内 支 系 现 有 地 理 分 布 格 局 的 形 成 过 程 (Avise, 2000; Zhang, 2003), 进 而 探 讨 物 种 的 分 化 机 制 近 年 来, 利 用 线 粒 体 DNA(mtDNA) 作 为 分 子 标 记 对 动 植 物 进 行 谱 系 生 物 地 理 学 研 究 已 成 为 热 点, 也 取 得 了 不 少 成 果, 尤 其 在 淡 水 鱼 类 中 这 是 因 为 淡 水 鱼 类 的 分 布 受 水 系 的 严 格 限 制, 地 理 隔 离 广 泛 存 在 犁 头 鳅 属 (Lepturichthys ) 隶 属 于 鲤 形 目 (Cypriniformes) 鳅 超 科 (Cobitoidea) 平 鳍 鳅 科 (Balitoridae) 平 鳍 鳅 亚 科 (Balitorinae), 是 中 国 的 特 有 属 Regan(9) 以 Homaloptera fimbriata Günther 为 模 式 建 立 了 新 属 犁 头 鳅 属 (Lepturichthys), 该 属 以 具 细 长 的 尾 柄 而 显 著 区 别 于 Homaloptera 属 后 来,Hora (932) 认 为 采 自 四 川 岷 江 和 湖 南 洞 庭 湖 的 犁 头 鳅 标 本 不 同 于 采 自 湖 北 宜 昌 的 犁 头 鳅 模 式 标 本, 并 根 据 胸 鳍 不 分 支 鳍 条 数 目 背 鳍 最 长 鳍 条 的 长 度 全 身 是 否 具 疣 状 刺 突 体 色 体 斑 等 特 征 分 别 将 采 自 四 川 岷 江 湖 南 洞 庭 湖 的 标 本 命 名 为 两 个 新 种 :Lepturichthys guntheri 和 Lepturichthys nicholsi, 但 当 时 描 述 新 种 时 采 用 的 标 本 分 别 仅 2 尾 陈 宜 瑜 (Chen, 978) 认 为 L. guntheri 和 L. nicholsi 都 应 是 犁 头 鳅 L. fimbriata 的 同 物 异 名 Dai(985) 描 述 了 采 自 福 建 南 平 的 一 个 新 种 长 鳍 犁 头 鳅 (Lepturichthys dolichopterus) 因 此, 到 目 前 为 止, 犁 头 鳅 属 鱼 类 共 包 括 两 个 有 效 种 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 其 中, 犁 头 鳅 广 泛 分 布 于 长 江 中 上 游, 而 长 鳍 犁 头 鳅 则 局 限 分 布 于 闽 江 水 系 (Chen & Tang,2000) 与 大 多 数 鲤 科 鱼 类 相 比, 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 分 布 范 围 较 窄, 两 个 种 呈 现 间 断 分 布, 为 典 型 的 东 洋 区 淡 水 鱼 类 类 群 犁 头 鳅 属 鱼 类 目 前 的 分 布 格 局 是 如 何 形 成 的 ; 属 内 两 个 物 种 的 分 化 过 程 如 何 等 问 题 的 研 究 目 前 还 未 见 报 道 快 速 进 化 的 线 粒 体 DNA(mtDNA) 在 进 行 淡 水 鱼 类 的 谱 系 生 物 地 理 学 研 究 时 可 以 作 为 一 个 很 好 的 分 子 标 记 其 中 细 胞 色 素 b(cyt b) 基 因 为 蛋 白 质 编 码 基 因, 目 前 已 广 泛 地 运 用 于 各 淡 水 鱼 类 类 群 的 物 种 分 化 研 究 ( 如 :Perdice et al, 2004; Xia et al, 2005; Yang & He, 2008; Zhang et al, 2008; Yang et al, 2009) 本 研 究 拟 采 用 线 粒 体 cyt b 基 因 对 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 物 种 地 理 分 化 过 程 进 行 研 究, 讨 论 其 现 今 分 布 格 局 的 形 成 原 因, 以 探 讨 物 种 分 化 的 规 律 和 机 制 材 料 与 方 法. 研 究 材 料 本 研 究 共 包 括 33 个 样 本, 其 中 采 自 长 江 中 上 游 的 犁 头 鳅 共 20 个 个 体, 闽 江 水 系 的 长 鳍 犁 头 鳅 共 8 个 个 体, 并 选 择 同 属 于 平 鳍 鳅 亚 科 的 四 川 华 吸

3 232 动 物 学 研 究 3 卷 鳅 (Sinogastromyzon szechuanensis) 下 司 华 吸 鳅 (S. hsiashiensis) 台 湾 间 吸 鳅 (Hemimyzon formosanum) 台 东 间 吸 鳅 (H. taitungensis) 及 广 西 华 平 鳅 (Sinohomaloptera kwangsiens) 作 为 外 类 群 进 行 比 较 实 验 所 用 标 本 均 为 95% 酒 精 固 定 样 本, 保 存 于 中 国 科 学 院 水 生 生 物 研 究 所 淡 水 鱼 类 博 物 馆 标 本 名 称 及 采 集 地 等 详 细 信 息 见 表, 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 采 集 地 点 如 图 所 示.2 基 因 组 DNA 的 提 取 PCR 扩 增 及 测 序 基 因 组 DNA 的 提 取 采 用 高 盐 抽 提 法 (Tang et al, 2008) 基 因 序 列 片 段 通 过 PCR 扩 增 所 得 扩 增 所 用 引 物 为 L4724 和 H595(Xiao et al, 200) PCR 反 应 的 总 体 积 为 60 µl, 用 大 约 50 ng 的 基 因 组 DNA 作 为 模 板, 反 应 体 系 包 括 :0 Buffer 6 µl,dntps Tab. 表 研 究 所 用 样 本 的 物 种 名 编 号 个 体 数 采 集 地 及 GenBank 序 列 号 等 信 息 Species, symbols, sample size, sample locations and GenBank accession numbers in the present study 物 种 名 Species 样 本 编 号 Symbols of individuals 个 体 数 Sample size 采 集 地 Locality 所 属 水 系 Drainage GenBank 序 列 号 Accession nos. LS LS3 3 四 川 乐 山 Leshan, Sichuan 长 江 上 游 Upper Yangtze River GU084234, GU084233, GU 犁 头 鳅 Lepturichthys fimbriata CS JK JK5 5 贵 州 赤 水 Chishui, Guizhou 湖 北 金 口 Jinkou, Hubei 长 江 上 游 Upper Yangtze River 长 江 中 游 Middle Yangtze River GU GU084226, GU084227, GU084229, GU08423, GU084232, GU GU TY 湖 南 桃 源 Taoyuan, Hu nan 长 江 中 游 Middle Yangtze River GU 长 鳍 犁 头 鳅 MJ MJ7 7 Lepturichthys dolichopterus AY 福 建 建 欧 Jianou, Fujian 未 知 Unknown 闽 江 水 系 Minjiang River GU084245, GU GU AY28279 * 四 川 华 吸 鳅 Sinogastromyzon szechuanensis 四 川 乐 山 Leshan, Sichuan 长 江 上 游 Upper Yangtze River DQ0523 b 下 司 华 吸 鳅 Sinogastromyzon hsiashiensis 湖 南 桃 源 Taoyuan, Hu nan 长 江 中 游 Middle Yangtze River DQ0525 b 台 湾 间 吸 鳅 Hemimyzon formosanum 未 知 Unknown AY * 台 东 间 吸 鳅 Hemimyzon taitungensis 未 知 Unknown AY28280 * 广 西 华 平 鳅 Sinohomaloptera kwangsiens 海 南 乐 东 Yuedong, Hainan 海 南 岛 水 系 Hainan Island DQ0526 b * 表 示 从 GenBank 下 载 的 序 列 ; b 表 示 引 自 Tang et al (2006) 的 序 列 ; 其 余 为 新 测 序 列 * Denotes a sequence downloaded from GenBank; b indicates a sequence cited from Tang et al (2006), others are newly sequenced in the present study.

4 3 期 唐 琼 英 等 : 犁 头 鳅 属 鱼 类 物 种 地 理 分 化 过 程 E 0 E 20 E LS-3 长 CS Yangtze 江 TY 沅 湘 江 江 River JK-5 30 N MJ-7 闽 江 Minjiang River 25 N N 太 平 洋 Pacific Ocean km 20 N 图 本 研 究 中 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 采 集 地 点 Fig. Sample locations for the genus Lepturichthys in the present study 样 本 编 号 对 应 的 地 点 缩 写 :CS: 赤 水 ( 贵 州 );JK: 金 口 ( 湖 北 );LS: 乐 山 ( 四 川 );TY: 桃 源 ( 湖 南 );MJ: 闽 江 水 系 ( 福 建 建 瓯 ) 三 角 形 代 表 犁 头 鳅 样 本, 圆 点 代 表 长 鳍 犁 头 鳅 样 本 Abbreviation for localities: CS, Chishui (Guizhou Prov.); JK, Jinkou (Hubei Prov.); LS, Leshan (Sichuan Prov.); TY, Taoyuan (Hunan Prov.); MJ, Minjing River (Jian ou, Fujian Prov.). Triangle represents Lepturichthys fimbriata, dot represents Lepturichthys dolichopterus µl(0 mmol/l), 引 物 各.5 µl(0 µmol/l), Taq DNA 聚 合 酶.5 U, 加 灭 菌 双 蒸 水 至 60 µl PCR 反 应 条 件 为 :94 预 变 性 3 min;94 变 性 45 s,52~58 退 火 45 s,72 延 伸 min, 共 35 个 循 环 ; 最 后 在 72 延 伸 8 min 将 获 得 的 PCR 产 物 送 基 因 公 司 进 行 纯 化 回 收, 采 用 扩 增 所 用 引 物 对 回 收 产 物 进 行 测 序 序 列 递 交 GenBank, 获 得 的 序 列 号 见 表.3 数 据 处 理 及 分 析 DNA 序 列 的 排 列 使 用 Clustal X 软 件, 并 在 SEAVIEW 程 序 中 对 序 列 进 行 手 工 调 整 单 倍 型 多 样 性 和 核 苷 酸 多 样 性 的 统 计 采 用 DNAsp4.9 软 件 (Rozas et al, 2003) 单 倍 型 之 间 成 对 的 遗 传 距 离 各 类 群 内 及 类 群 间 的 平 均 遗 传 差 异 情 况 在 Mega4 软 件 (Tamura et al, 2007) 中 采 用 Kimura 双 参 数 模 型 进 行 计 算 ; 序 列 中 各 碱 基 组 成 碱 基 变 异 情 况 在 PAUP 软 件 中 进 行 统 计 分 析 序 列 的 核 苷 酸 替 代 饱 和 性 分 析 是 通 过 对 转 换 (transitions, Ts) 颠 换 (transversions, Tv) 的 绝 对 数 目 和 遗 传 距 离 进 行 作 图 分 析 ( 替 代 的 绝 对 数 目 和 遗 传 距 离 均 在 PAUP 软 件 中 进 行 统 计 ) 分 子 系 统 树 的 构 建 采 用 邻 接 (neighbor joining, NJ) 法 和 贝 叶 斯 法 (Bayesian analysis) 邻 接 法 采 用 Mega4 软 件, 各 分 支 的 置 信 度 都 采 用 000 次 自 展 分 析 (Bootstrap analysis) 进 行 重 复 检 验 贝 叶 斯 法 采 用 MrBayes 3.0b 软 件 (Huelsenbeck & Ronquist, 200), 各 分 支 的 置 信 度 以 后 验 概 率 (Posterior probability) 来 表 示 2 结 果 2. 犁 头 鳅 属 鱼 类 cyt b 基 因 序 列 分 析 对 测 序 获 得 的 犁 头 鳅 属 鱼 类 cyt b 基 因 序 列 进 行 比 对 分 析 后, 删 去 首 尾 测 序 信 号 较 差 的 碱 基, 最 终 用 于 分 析 的 cyt b 基 因 序 列 长 为 074 bp 20 个 犁 头 鳅 个 体 中 共 检 测 到 2 个 单 倍 型, 单 倍 型 多 样 性 的 平 均 值 为 0.937, 核 苷 酸 多 样 性 的 平 均 值 为 ;8 个 长 鳍 犁 头 鳅 个 体 中 有 4 个 单 倍 型, 单 倍 型 多 样 性 的 平 均 值 为 0.643, 核 苷 酸 多 样 性 的 平 均 值 为 犁 头 鳅 属 鱼 类 单 倍 型 的 分 布 情 况 见 表 2 犁 头 鳅 样 本 中, 采 自 四 川 乐 山 与 湖 北 金 口 的 个 体 存 在 共 享 单 倍 型 (LS2 和 JK2 共 享 单 被 型 Hap,LS LS3 JK8 及 JK 共 享 单 倍 型 Hap4), 采 自 湖 南 桃 源 的 个 体 与 湖 北 金 口 的 个 体 存 在 共 享

5 234 动 物 学 研 究 3 卷 单 倍 型 (TY 和 JK4 共 享 单 倍 型 Hap3), 湖 北 金 口 的 个 体 间 也 存 在 共 享 单 倍 型 (Hap7, Hap9), 剩 下 的 7 个 单 倍 型 为 独 有, 其 中 个 为 贵 州 赤 水 的 个 体 拥 有, 其 它 6 个 为 湖 北 金 口 的 个 体 拥 有 8 个 长 鳍 犁 头 鳅 样 本 中, 有 5 个 个 体 共 享 一 个 单 倍 型 hap, 其 余 3 个 个 体 拥 有 独 有 的 单 倍 型 Tab. 2 表 2 犁 头 鳅 属 鱼 类 单 倍 型 的 分 布 情 况 The information of haplotypes of the genus Lepturichthys species 物 种 名 Species 单 倍 型 Haplotype b 单 倍 型 包 含 的 个 体 Individuals included in the haplotype b 个 体 数 目 Sample size included in the haplotype Hap CS Hap2 JK2, LS2 2 Hap3 TY, JK4 2 Hap4 LS, LS3, JK8, JK 4 Hap5 JK3 犁 头 鳅 Lepturichthys fimbriata Hap6 JK4 Hap7 JK5, JK3, JK5 3 Hap8 JK2 Hap9 JK7, JK0 2 Hap0 JK6 Hap JK9 Hap2 JK hap MJ, MJ2, MJ4, MJ5, MJ7 5 长 鳍 犁 头 鳅 Lepturichthys dolichopterus hap2 MJ6 hap3 AY hap4 MJ3 b 样 本 编 号 对 应 的 地 点 缩 写 :CS: 赤 水 ( 贵 州 );JK: 金 口 ( 湖 北 );LS: 乐 山 ( 四 川 );TY: 桃 源 ( 湖 南 );MJ: 闽 江 水 系 ( 福 建 建 瓯 ) AY: 从 GenBank 下 载 的 序 列 b abbreviation for the localities of samples: CS, Chishui (Guizhou Prov.); JK, Jinkou (Hubei Prov.); LS, Leshan (Sichuan Prov.); TY, Taoyuan (Hunan Prov.); MJ, Minjing River (Jian ou, Fujian Prov.). AY indicates sequences downloaded from GenBank. 对 本 研 究 中 获 得 的 所 有 单 倍 型 及 外 类 群 进 行 序 列 分 析, 结 果 显 示, 该 基 因 序 列 片 段 中 A C G T 的 平 均 含 量 分 别 为 28.0% 29.6% 4.4% 和 28.0%, A+T 的 含 量 (56.0%) 明 显 高 于 C+G 的 含 量 (44.0%), 同 时 表 现 出 强 烈 的 低 G 碱 基 含 量 的 碱 基 组 成 偏 向 性, 尤 其 在 第 三 位 点 表 现 更 为 明 显,G 的 含 量 仅 为 3.4% 所 有 序 列 转 换 颠 换 比 (Ts/Tv) 的 平 均 值 为 5.2 在 074 个 位 点 中, 变 异 位 点 有 27 个, 其 中 简 约 信 息 位 点 有 08 个 序 列 中 核 苷 酸 替 代 的 饱 和 性 分 析 结 果 表 明, 转 换 和 颠 换 均 未 达 饱 和 ( 图 2), 因 此, 所 有 碱 基 均 可 用 于 系 统 发 育 分 析 基 于 Kimura 双 参 数 模 型 计 算 的 犁 头 鳅 属 鱼 类 单 倍 型 之 间 的 遗 传 变 异 情 况 表 明, 犁 头 鳅 不 同 单 倍 型 之 间 的 遗 传 变 异 水 平 为 0.%~.8%, 平 均 为 0.7%, 长 鳍 犁 头 鳅 各 单 倍 型 之 间 的 遗 传 变 异 水 平 为 0.6%~.3%, 平 均 为 0.7%, 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 单 倍 型 之 间 的 遗 传 差 异 也 较 小, 仅 为 0.2%~.8%, 平 均 为 0.9%, 这 和 犁 头 鳅 及 长 鳍 犁 头 鳅 种 内 单 倍 型 之 间 的 差 异 类 似 犁 头 鳅 属 鱼 类 和 外 类 群 华 吸 鳅 属 间 吸 鳅 属 及 华 平 鳅 间 的 平 均 差 异 较 大, 分 别 为

6 3 期 唐 琼 英 等 : 犁 头 鳅 属 鱼 类 物 种 地 理 分 化 过 程 % 8.9% 和 9.5% 图 2 Cyt b 基 因 序 列 中 核 苷 酸 替 代 的 饱 和 性 分 析 图 Fig. 2 Plot of transition and transversion substitutions versus the HKY distance for all positions of the cytochrome b gene sequences 2.2 分 子 系 统 发 育 分 析 采 用 邻 接 法 和 贝 叶 斯 法 构 建 的 犁 头 鳅 属 鱼 类 单 倍 型 之 间 的 系 统 发 育 关 系 如 图 3 邻 接 (NJ) 树 和 贝 叶 斯 (BI) 树 的 拓 扑 结 构 大 致 类 似, 只 在 单 倍 型 的 分 支 顺 序 上 存 在 差 异 这 两 棵 系 统 发 育 树 都 一 致 显 示, 该 研 究 中 的 犁 头 鳅 属 鱼 类 构 成 一 个 单 系, 且 得 到 较 强 的 支 持 (NJ 树 中 自 展 值 为 00,BI 树 中 的 后 验 概 率 为.00) 分 布 于 闽 江 水 系 的 长 鳍 犁 头 鳅 构 成 一 个 单 系, 位 于 系 统 发 育 树 的 顶 部 位 置, 但 在 NJ 树 中 支 持 率 不 高, 仅 为 49, 在 BI 树 中 支 持 率 为.00 所 有 犁 头 鳅 的 样 本 不 构 成 单 系, 而 是 形 成 并 系, 其 中 采 自 湖 北 金 口 的 两 个 个 体 (JK9 和 JK) 位 于 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 最 基 部 位 置, 其 它 犁 头 鳅 个 体 位 于 系 统 发 育 树 的 中 间 位 置, 犁 头 鳅 的 这 种 系 统 发 育 关 系 在 NJ 树 和 BI 树 中 几 乎 是 一 致 的 3 讨 论 3. 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 物 种 有 效 性 本 研 究 结 果 显 示, 犁 头 鳅 属 鱼 类 中 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 这 两 个 物 种 间 的 遗 传 差 异 较 小, 几 乎 和 物 种 内 不 同 个 体 间 的 遗 传 变 异 相 当 分 子 系 统 发 育 分 析 的 结 果 表 明, 长 鳍 犁 头 鳅 的 个 体 可 以 形 成 单 系, 但 犁 头 鳅 的 样 本 不 能 聚 为 单 系, 犁 头 鳅 的 部 分 样 本 与 长 鳍 犁 头 鳅 具 有 更 近 的 亲 缘 关 系 这 两 个 物 种 是 否 均 为 有 效 种, 仅 用 遗 传 差 异 的 大 小 是 不 能 界 定 物 种 的, 因 为 不 同 类 群 的 物 种 间 及 不 同 基 因 间 遗 传 差 异 变 异 的 范 围 很 大 另 外, 物 种 的 划 分 也 不 能 简 单 地 以 分 支 关 系 来 处 理 (Xia et al, 2005) 长 鳍 犁 头 鳅 和 犁 头 鳅 在 形 态 上 存 在 显 著 的 区 别 特 征 : 长 鳍 犁 头 鳅 偶 鳍 均 较 长, 体 长 为 胸 鳍 长 的 4.~4.8 倍 (VS. 6.5~7.9 倍 ), 为 腹 鳍 长 的 4.8~5.7 倍 (VS. 6.5~8.3 倍 ); 腹 鳍 末 端 接 近 或 稍 为 超 过 肛 门 (VS. 腹 鳍 末 端 伸 至 腹 鳍 腋 部 至 臀 鳍 起 点 间 的 中 点 ); 肛 门 约 在 腹 鳍 腋 部 至 臀 鳍 起 点 间 的 2/3 稍 后 (VS. 约 在 腹 鳍 腋 部 至 臀 鳍 起 点 间 的 2/3 处 )(Chen & Tang, 2000) 另 外, 我 们 对 所 研 究 样 本 的 体 色 体 斑 进 行 了 检 视, 发 现 长 鳍 犁 头 鳅 样 本 较 为 单 一, 而 犁 头 鳅 样 本 变 异 较 大 长 鳍 犁 头 鳅 样 本 的 体 色 均 为 棕 黑 色, 横 跨 体 背 部 具 7~8 个 椭 圆 形 的 大 斑 块, 被 窄 小 的 浅 黄 色 条 纹 隔 开 ; 犁 头 鳅 样 本 的 体 色 从 浅 黄 色 到 棕 黑 色, 背 部 斑 纹 有 的 为 褐 色 的 椭 圆 形 斑 块, 有 的 呈 圆 形 眼 斑, 有 的 为 不 规 则 斑 纹, 有 的 斑 纹 不 明 显 这 两 个 物 种 在 形 态 上 存 在 显 著 的 区 别 特 征, 分 布 区 也 不 重 叠, 因 此 我 们 认 为 这 两 个 物 种 均 为 有 效 种 目 前 的 分 子 数 据 表 明, 这 两 个 物 种 间 的 遗 传 差 异 极 小, 我 们 推 测, 长 鳍 犁 头 鳅 可 能 是 新 近 分 化 出 来 的 一 个 物 种 环 境 的 改 变 导 致 犁 头 鳅 的 一 个 地 理 种 群 在 形 态 上 发 生 迅 速 改 变, 但 在 遗 传 上 还 没 有 足 够 长 的 时 间 来 积 累 其 遗 传 差 异 鱼 类 中 还 有 很 多 在 形 态 上 存 在 差 异 但 在 遗 传 上 差 异 却 不 明 显 的 例 子, 尤 其 在 非 洲 湖 泊 的 丽 鱼 中 这 种 现 象 更 为 普 遍, 尽 管 这 些 鱼 类 之 间 的 遗 传 差 异 较 小, 但 都 是 有 效 种 (Meyer et al, 990; Wilson et al, 2000) 3.2 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 物 种 分 化 过 程 犁 头 鳅 广 泛 分 布 于 长 江 中 上 游 水 域, 之 前 所 记 录 的 分 布 范 围 是 长 江 水 系 的 湖 南 洞 庭 湖 至 四 川 境 内 郭 治 之 和 刘 瑞 兰 (Guo & Liu, 995) 张 鹗 等 (Zhang et al, 996) 发 现 在 江 西 鄱 阳 湖 水 系 的 信 江 中 也 有 犁 头 鳅 的 分 布 长 鳍 犁 头 鳅 局 限 分 布 于 福 建 闽 江 水 系 信 江 发 源 于 浙 赣 两 省 交 界 的 怀 玉 山 南 的 玉 山 水 和 武 夷 山 北 麓 的 丰 溪 水, 闽 江 水 系 发 源 于 武 夷 山 东 南 因 此, 武 夷 山 是 长 江 中 下 游 鄱 阳 湖 水 系 与 闽 江 水 系 的 天 然 分 水 岭 本 研 究 中 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 单 倍 型 之 间 的 遗 传 差 异 为 0.2%~.8%, 按 cyt b 基 因 在 淡 水 鱼 类 中 进 化 速 率 为 每 百 万 年 % 计 算 (Durand et al, 2002), 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 发 生 分 歧 的 时 间 在 0.9~0. 百 万 年 前, 属 于 更 新

7 236 动 物 学 研 究 3 卷 图 3 基 于 cyt b 基 因 构 建 的 犁 头 鳅 属 鱼 类 单 倍 型 间 的 分 子 系 统 发 育 关 系 Fig. 3 The molecular phylogenetic trees of the haplotypes identified from the genus Lepturichthys species A: 采 用 Mega 软 件 构 建 的 邻 接 树 ;B: 采 用 MrBayes 软 件 构 建 的 贝 叶 斯 树 地 点 缩 写 同 表 2 A: NJ tree constructed using Mega; B: BI tree constructed using software Mrbayes. Abbreviations for the localities are same as Tab. 2. 世 根 据 犁 头 鳅 属 鱼 类 目 前 的 分 布 模 式, 其 分 布 格 局 的 形 成 有 两 种 可 能 的 途 径 : 一 种 途 径 为 信 江 和 闽 江 曾 经 相 连 接, 犁 头 鳅 属 鱼 类 曾 经 广 布, 武 夷 山 的 隆 升 才 造 成 它 们 的 隔 离 ; 另 一 种 途 径 为, 第 四 纪 冰 期 海 平 面 下 降 后, 长 江 流 域 的 犁 头 鳅 顺 长 江 口 的 水 系 进 入 闽 江 由 于 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 的 遗 传 分 化 很 小, 说 明 其 隔 离 的 时 间 很 晚 武 夷 山 的 隆 升 相 对 久 远, 造 成 的 隔 离 应 该 比 较 大 (Liu, 984), 第 四 纪 冰 期 的 发 生 则 较 为 晚 近 因 此, 对 于 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 分 布, 第 四 纪 冰 期 的 扩 散 更 有 可 能

8 3 期 唐 琼 英 等 : 犁 头 鳅 属 鱼 类 物 种 地 理 分 化 过 程 237 综 合 本 文 的 研 究 结 果 以 及 历 史 资 料, 本 文 对 犁 头 鳅 属 鱼 类 的 物 种 分 化 过 程 作 如 下 推 测 : 青 藏 高 原 的 隆 升 及 东 亚 季 风 气 候 的 形 成, 使 犁 头 鳅 属 这 类 适 应 激 流 环 境 的 鱼 类 衍 生 出 来, 广 泛 分 布 于 长 江 水 系 在 第 四 纪 冰 期 全 球 气 温 下 降, 海 平 面 降 低, 较 现 在 下 降 超 过 00 m, 东 海 大 陆 架 露 出 海 面 成 为 陆 地, 部 分 水 系 可 能 相 互 贯 通 (Li & Fang, 990) 分 布 于 长 江 中 下 游 的 犁 头 鳅 逐 渐 扩 散 至 东 南 沿 海 各 水 系 在 间 冰 期, 全 球 气 候 变 暖, 海 平 面 上 升, 大 陆 架 被 海 水 淹 没, 各 沿 海 水 系 被 隔 离 犁 头 鳅 属 于 产 漂 流 性 卵 的 鱼 类, 在 产 卵 场 的 下 游 需 要 有 足 够 长 的 河 道 才 能 满 足 受 精 卵 漂 流 孵 化 的 时 间 要 求 因 此, 犁 头 鳅 只 在 少 部 分 水 系 中 被 保 留 下 来, 如 闽 江 水 系 由 于 闽 江 水 系 环 境 的 差 异, 扩 散 到 闽 江 水 系 的 犁 头 鳅 快 速 地 发 生 一 些 分 化 以 适 应 新 的 环 境, 从 而 分 化 形 成 长 鳍 犁 头 鳅 相 对 说 来, 长 鳍 犁 头 鳅 表 现 出 较 低 的 遗 传 多 样 性, 而 分 布 广 泛 的 犁 头 鳅 则 具 有 更 为 丰 富 的 遗 传 多 样 性, 且 形 成 一 个 并 系 在 本 研 究 中, 我 们 推 测 犁 头 鳅 的 扩 散 路 径 是 从 长 江 中 下 游 经 沿 海 大 陆 架 向 南 进 行 扩 散 的 采 用 沿 海 大 陆 架 作 为 迁 移 路 径 的 例 子 在 其 他 动 物 中 也 有 报 道, 如 长 江 下 游 四 大 家 鱼 向 珠 江 流 域 海 南 岛 等 地 的 扩 散 (Li & Fang, 990), 淮 河 过 渡 动 物 群 的 南 迁 (Cai, 2002) 等 在 第 四 纪 大 冰 期 期 间, 各 物 种 向 南 迁 移 到 避 难 所 的 现 象 是 较 为 普 遍 的, 而 沿 海 大 陆 架 是 物 种 向 南 迁 移 的 一 个 主 要 路 径 关 于 物 种 分 化 过 程,Avise (2000) 认 为 一 般 需 要 经 历 从 复 系 到 并 系 再 到 单 系 3 个 发 展 阶 段 Zhang et al (2008) 研 究 了 采 自 长 江 的 华 鳈 (Sarcocheilichthys sinensis sinensis) 和 闽 江 的 福 建 华 鳈 (Sarcocheilich- thys sinensis fukiensis) 这 两 个 亚 种 的 物 种 分 化, 发 现 这 两 个 亚 种 都 不 能 分 别 构 成 单 系, 而 是 相 互 混 杂 聚 在 一 起 形 成 复 系 因 此, 推 测 这 两 个 亚 种 可 能 还 处 于 物 种 分 化 的 早 期 阶 段, 这 也 正 支 持 了 两 者 的 亚 种 地 位 另 外,Zhang et al (2008 ) 对 克 氏 鳈 (Sarcocheilichthys czerskii) 和 黑 鳍 鳈 (S. nigripinnis) 的 物 种 分 化 过 程 也 进 行 了 研 究, 发 现 黑 鳍 鳈 的 一 个 北 方 种 群 与 克 氏 鳈 有 更 近 的 谱 系 关 系 由 此 他 们 推 测, 分 布 于 黑 龙 江 水 系 的 克 氏 鳈 可 能 是 黑 鳍 鳈 北 方 种 群 的 一 个 分 支 向 中 国 东 北 扩 散 后 分 化 出 来 的 一 个 物 种, 剩 下 的 黑 鳍 鳈 则 形 成 一 个 并 系 类 群 Shields et al(2000) 指 出, 北 极 熊 由 棕 熊 的 一 个 种 群 分 化 成 种 后, 剩 下 的 棕 熊 种 群 也 是 形 成 一 个 并 系 类 群 本 研 究 中 长 鳍 犁 头 鳅 可 以 构 成 一 个 单 系, 但 犁 头 鳅 为 一 并 系 犁 头 鳅 和 长 鳍 犁 头 鳅 的 物 种 分 化 过 程 与 克 氏 鳈 和 黑 鳍 鳈 及 北 极 熊 和 棕 熊 的 物 种 分 化 过 程 极 为 相 似, 即 一 个 地 理 种 群 为 适 应 新 的 环 境 而 演 化 成 另 一 个 物 种, 从 而 使 得 原 来 物 种 的 其 他 地 理 种 群 形 成 一 个 并 系, 它 们 在 遗 传 上 还 没 有 完 全 分 化 成 两 个 独 立 的 物 种, 还 处 于 物 种 分 化 的 并 系 阶 段 而 上 面 所 提 及 的 华 鳈 和 福 建 华 鳈 则 还 处 于 复 系 这 一 物 种 分 化 的 起 始 阶 段 因 此, 本 文 的 研 究 结 果 进 一 步 证 实 和 丰 富 了 物 种 形 成 的 地 理 隔 离 过 程 假 说 致 谢 : 感 谢 浙 江 大 学 的 周 卓 诚 先 生 武 汉 中 国 地 质 大 学 的 黄 伟 先 生 中 科 院 水 生 生 物 研 究 所 的 曾 燏 博 士 和 熊 玉 宇 博 士 在 收 集 样 本 上 给 予 的 帮 助 另 外, 本 所 的 刘 思 情 和 周 健 同 学 在 实 验 上 也 提 供 了 大 力 支 持, 在 此 一 并 表 示 衷 心 的 感 谢 参 考 文 献 : Avise JC Phylogeography, the History and Formation of Species [M]. England: Harvard University. Cai BQ The evidence of dry land of the Taiwan straits during late Würm glaciation [J]. Mar Sci, 26(6): [ 蔡 保 全 晚 玉 木 冰 期 台 湾 海 峡 成 陆 的 证 据. 海 洋 科 学, 26(6): 5-54.] Chen YY, Tang WQ Homalopteridae [M]//Yue PQ. Fauna Sinica. Osteichthyes. Cypriniformes III. Beijing: Sciences Press, [ 陈 宜 瑜, 唐 文 乔 平 鳍 鳅 科 [M]// 乐 佩 琦. 中 国 动 物 志 ( 硬 骨 鱼 纲 鲤 形 目 下 卷 ). 北 京 : 科 学 技 术 出 版 社, ] Chen YY Systematic studies on the Fishes of the family Homalopteridae of China I. classification of the fishes of the subfamily Homalopterinae [J]. Acta Hydrobiol Sin, 6(3): [ 陈 宜 瑜 中 国 平 鳍 鳅 科 鱼 类 系 统 分 类 的 研 究 I. 平 鳍 鳅 亚 科 鱼 类 的 分 类. 水 生 生 物 学 集 刊, 6 (3): ] Dai DY A new species of the genus Lepturichthys from China (Cypriniformes: Homalopteridae) [J]. Acta Zootax Sin, 0 (2): [ 戴 定 远 中 国 犁 头 鳅 属 一 新 种. 动 物 分 类 学 报, 0 (2): ] Durand J, Tsigenopoulos C, Ünlü E, Berrebi P Phylogeny and biogeography of the family Cyprinidae in the Middle East inferred from cytochrome b DNA-evolutionary significance of this region [J]. Mol Phylogenet Evol, 22: Guo ZZ, Liu RL The fishes of Jiangxi Province [J]. J Nanchang Univ: Nat Sci, 9(3): [ 郭 治 之, 刘 瑞 兰 江 西 鱼 类 的 研 究. 南 昌 大 学 学 报 : 理 科 版, 9(3): ] Huelsenbeck JP, Ronquist F MrBayes: Bayesian inference of phylogeny [J]. Bioinformatics, 7: Li SZ, Fang F On the geographical distribution of the four kinds of

9 238 动 物 学 研 究 3 卷 pond-cultured carps in China [J]. Acta Zool Sin, 36(3): [ 李 思 忠, 方 芳 鲢 鳙 青 草 鱼 地 理 分 布 的 研 究. 动 物 学 报, 36(3): ] Liu ZZ The origin and morphological characteristics of the Wuyi Mountain, Fujian Province [J]. J Nanjing Univ : Nat Sci, 3: [ 刘 振 中 武 夷 山 的 形 成 与 地 貌 发 育 特 征. 南 京 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版, 3: ] Meyer A, Kocher TD, Basasibwaki P, Wilson AC Monophyletic origin of Lake Victoria cichlid fishes suggested by mitochondrial DNA sequences [J]. Nature, 347: Perdices A, Cunha C, Coelho MM Phylogenetic structure of Zacco platypus (Teleostei, Cyprinidae) populations on the upper and middle Chang Jiang (= Yangtze) drainage inferred from cytochrome b sequences [J]. Mol Phylogenet Evol, 3(): Rozas J, Sanchez-DelBarrio JC, Messeguer X DNASP, DNA polymorphism analyses by the coalescent and other methods [J]. Bioinformatics, 9: Shields GF, Adams D, Garner G, Labelle M, Pietsch J, Ramsay M, Schwartz C, Titus K, Williamson S Phylogeography of mitochondrial DNA variation in brown bears and polar bears [J]. Mol Phylogent Evol, 5 (2): Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0 [J]. Mol Biol Evol, 24: Tang Q, Freyhof J, Xiong B, Liu H Multiple invasions of Europe by East Asian cobitid loaches (Teleostei: Cobitidae) [J]. Hydrobiologia, 605: Tang Q, Liu H, Mayden RL, Xiong B Comparasion of evolution rates in the mitochondrial DNA cytochrome b gene and control region and their implications for the phylogeny of the Cobitoidea [J]. Mol Phylogent Evol, 39: Wilson AB, Noack-Kunnmannn K, Meyer A Incipient speciation in sympatric Nicaraguan crater lake cichlid fished: sexual selection versus ecological diversification [J]. Proc R Soc Lond B, 267: Xia X, Zhang X, Liu H Molecular biogeography of Pseudogobio vaillanti (Cypriniformes, Cyprinidae, Gobioninae) [J]. Prog Nat Sci, 5(9): [ 夏 曦 中, 张 训 蒲, 刘 焕 章 似 鮈 的 分 子 生 物 地 理 学 分 析. 自 然 科 学 进 展, 5(9): ] Xia XZ Phylogeography and speciation of genera Rhinogobio and Pseudogobio in China [D]. Master s Degree Dissertation, Huazhong Agricultural University, Wuhan. [ 夏 曦 中 吻 鮈 属 和 似 鮈 属 鱼 类 物 种 分 化 的 比 较. 硕 士 学 位 论 文, 华 中 农 业 大 学, 武 汉.] Xiao WH, Zhang YP, Liu HZ Molecular systematics of Xenocyprinae (Teleostei: Cyprinidae): Taxonomy, biogeography, and coevolution of a special group restricted in East Asia [J]. Mol Phylogenet Evol, 8: Yang L, He S Phylogeography of the freshwater catfish Hemibagrus guttatus (Siluriformes, Bagridae): Implications for South China biogeography and influence of sea-level changes [J]. Mol Phylogenet Evol, 49: Yang L, Mayden RL, He S Population genetic structure and geographical differentiation of the Chinese catfish Hemibagrus macropterus (Siluriformes, Bagride): evidence for altered drainage patterns [J]. Mol Phylogenet Evol, 5: Zhang DX Advances in historical biogeography: a brief perspective [J]. J Trop Subtrop Bot, (3): [ 张 奠 湘 历 史 生 物 地 理 学 的 进 展. 热 带 亚 热 带 植 物 学 报, (3): ] Zhang E, Liu HZ, He CC Fish fauna in northeastern Jiangxi Province [J]. Chn J Zool, 3(6): 3-2. [ 张 鹗, 刘 焕 章, 何 长 才 赣 东 北 地 区 鱼 类 区 系 的 研 究. 动 物 学 杂 志, 3(6): 3-2.] Zhang L, Tang QY, Liu HZ Phylogeny and speciation process of the eastern Asian cyprinid genus Sarcocheilichthys [J]. J Fish Biol, 72: