松江鲈鱼遗传多样性研究进展

2014-11-22 05:10祝斐等

江苏农业科学 2014年10期

关键词：种质资源表型染色体

祝斐等

作为我国一种降海洄游经济性鱼类，近年来由于人类过度捕捞和栖息环境遭到破坏，野生资源量急剧下降。本文从松江鲈鱼表型、染色体、蛋白质（酶）和DNA 4个层面概述其遗传多样性，并分析当前资源现状。为松江鲈鱼种质资源保护和遗传育种研究提供参考。

关键词：松江鲈鱼；群体遗传多样性；种质资源；表型；染色体；蛋白质（酶）

中图分类号： S917文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）10-0211-03

收稿日期：2013-12-25

基金项目：江苏省水产三新工程重大项目（编号：D-2013-4）。

作者简介：祝斐（1987—），男，硕士研究生，从事海水鱼类遗传育种学研究。E-mail：ebancool@126.com。

通信作者：张志勇，研究员，主要从事海水养殖及海洋生物学方面的研究。Tel：（0513）85228256；E-mail：13906292412@139.com。遗传多样性作为物种多样性、生态系统多样性和景观多样性的基础，是评判生物进化和适应能力的基本方法，一般种内遗传多样性越高，该物种的适应能力越强。目前遗传多样性研究方法越来越丰富，早前一般从形态学、染色体核型分析及同工酶等手段进行检测，随着生物技术的发展和测序技术的不断完善成熟，通过分子标记技术，检测群体的遗传多样性水平不仅具有重复性好且稳定的特点，近些年分子标志技术被广泛应用于鱼类分子遗传学领域。近些年，野生松江鲈鱼资源极其稀少，被列为国家二级保护鱼类。为探讨松江鲈鱼种质资源现状和如何有效保护开发利用松江鲈鱼资源，本文从表型、染色体、蛋白质（酶）、DNA 4个层次简述国内外有关松江鲈鱼遗传多样性的研究进展，为今后开展松江鲈鱼种质资源保护以及遗传育种提供参考。

1松江鲈鱼的基础生物学

松江鲈鱼（Trachidermis fasciatus Heckel），别称四鳃鲈、媳妇鱼、花鼓鱼等，隶属于鲉形目（Scorpaeniforme）杜父鱼科（Cottidae）松江鲈鱼属（Trachidermis）的一类降海洄游名贵鱼类，其主要分布于日本南部海湾、朝鲜半岛西岸、中国沿海东北部海区以及它们相应的河流下游[1-3]。松江鲈鱼作为一种降海产卵鱼类，每年在淡水水域育肥后，11月份开始洄游至河口或近海水域（由于水温等环境因素的影响，不同海区产卵及洄游时间略有差异）。雄雌鱼除在繁殖期间，形态差异不明显而不易区分，在自然环境中卵多产在隐蔽的牡蛎壳堆或石缝内，雌鱼产卵后，由雄鱼护卵直至子代出膜，其中大部分的亲鱼在当年死亡。人工养殖条件下，不需要经过淡水育肥直接在全海水环境下繁殖养殖，松江鲈鱼耐受的盐度范围较广（0～3.3%），生长适宜温度为16～25 ℃。受精卵孵化适宜温度4～14 ℃，最适温度10～11 ℃[4-8]。从20世纪70年代以来在松江鲈鱼增养殖技术上取得重大突破[9-16]；但由于最初选用的亲本为数量本已稀少的野生个体，在这种近亲繁殖情况下，松江鲈鱼种质问题不容忽视。近些年来，国内外众多学者已认识到保护松江鲈鱼种质的重要性和迫切性，并着手开展工作[17-23]。

2松江鲈鱼的遗传多样性

2.1表现型

表现型多样性就是同一物种表现出多种形态的现象。种内和群体间表现型性状均存在一定程度的差异，通过测定、分析对象的表现型性状来评价遗传多样性。尽管利用表型性状具有直观、快捷等特点，但由于鱼类的某些性状，特别是数量性状易受到环境因素的影响。因为表现型性状不仅受基因控制还受到生长发育、种群大小、种群结构、地理位置等多因素的影响。王金秋等采用差异系数和均数差异显著性这2种数理统计分析方法，根据表现型性状对辽宁鸭绿江、山东青龙河和钱塘江水系的富春江3个松江鲈鱼种群进行研究，认为山东种群与钱塘江群体的形态性状差异较与辽宁差异小[24]。蒋鑫等对黄河、滦河地域的松江鲈鱼的成体皮肤进行了显微和亚显微结构分析对比，结果发现滦河群体幼鱼真皮仅为丘状突起，而黄河群体皮肤角质棘状突起，即两者在表皮结构存在一定差异[25]。

2.2染色体

染色体是遗传物质的载体，通过描述研究对象体内所有染色体大小、形状和数量信息等来了解染色体变异程度。染色体变异主要表现在染色体组型特征的变异。各种染色体形态的微小变异，其中包括染色体数目变异（整倍体、非整倍体）和染色体结构变异（缺失、易位、倒位、重复）[26]。目前染色体制片手段常见的为压片法、胚胎细胞-低渗-空气干燥法、外周血淋巴细胞（或肾短期）培养-低渗-空气干燥法、肾细胞PHA活体注射-火焰干燥法（或空气干燥法），多采用吉姆萨（Giemsa）染色法，此外利用显带技术（CMA荧光染色、Ag-NORs、C-带和复制带等使得染色体分析技术出现多元化的特点[27]。国内对松江鲈鱼的染色体分析结果显示，2n=40，NF=60[28]，日本学者Abe采集日本样本进行染色体核型分析，得到2n=40，NF=64[29]。两者结果在染色体臂比上存在差异，但在地理群体的细胞学差异等未见报道。

2.3蛋白质（酶）

鱼类的蛋白质（酶）多样性研究多集中在糖蛋白、同工酶、血清蛋白、血红蛋白和肌肉蛋白等。主要利用蛋白质电泳技术根据蛋白质结构差异和迁移率的不同探讨遗传变异，其中同工酶技术应用更为广泛。王金秋等先通过6种同工酶系统研究辽宁鸭绿江流域野生群体，结果提示其遗传多样性较低[30]；次年对该流域松江鲈鱼天然种群的8种同工酶（EST、MDH、LDH、ME、α-AMY、GDH、ADH、G6PD）的20个基因座位进行分析，结果表明，该野生种群的多态座位比例（P）为10%，平均杂合度（H）为0.030，均低于与其相似生活习性的其他鱼类的平均值，酶水平检测显示其种内遗传变异性较小[31]。

2.4DNA

从表现型、蛋白质、染色体来研究遗传多样性，可利用的多态位点较少，易受环境影响，且可重复性差。由于亲本的遗传差异加上多代的变异性，导致在DNA水平上个体之间也存在差异。这种差异从本质上讲是DNA碱基存在的差异，并可通过孟德尔方式遗传。随着分子遗传学的发展，利用分子手段研究生物多样性具有结果稳定可靠，可重复性高的特点，越来越受到研究者的青睐。分子标记在遗传学研究上主要集中在：（1）对不同群体遗传结构和遗传分化进行评估；（2）人类的生产活动（包括人工养殖、种苗繁育及选育等操作）对群体遗传多样性的影响程度；（3）群体间亲缘关系及系统进化关系研究[32]。当前，线粒体标记和微卫星标记对松江鲈鱼遗传多样性、系统分类和种质鉴定等方面进行研究。

2.4.1线粒体DNA（mtDNA）线粒体DNA（Mitochondrial DNA，简称mtDNA）结构简单，具有半自主复制的特点，其中（COI、Cytb、16rRNA、D-loop控制区等）作为一种母性遗传的分子标记被广泛地应用于物种遗传多样性研究。鱼类mtDNA基因组一般为13.5～19.3 kb，包括2个rRNA基因、13个蛋白质编码基因、1个非编码区和22个tRNA编码基因[33]。Zeng等获得近缘物种设计引物，再通过测序拼接的方法得到线粒体全基因组序列信息[34]。刘亚楠通过mtDNA控制区多样性分析威海海域松江鲈鱼，其研究结果表明该海域的松江鲈鱼具有较高的遗传多样性水平[35]。高天翔等对中国沿海7个松江鲈鱼群体和日本有明海松江鲈鱼群体的线粒体Cytb 基因全序列进行了测定、分析，其结果显示：47个个体共检测到31个单倍型，8个群体均呈现出较高的单倍型多样性（060～1.00）和较低的核苷酸多样性（0.000 5～0.004 1）的特点[36]。邵芳等利用线粒体D-loop控制区序列分析了长江、丹东和葫芦岛三个地理群体的系统进化，结果为三个地理群体未发现明显的地理序列特征，表明3个地理群体松江鲈的分隔时间短[37]。

2.4.2ISSR标记ISSR标记最早由Zietkiewicz等[38]提出。其作为一种高精度、高容量的分子标记，近年来已被广泛地应用于亲缘关系鉴定和遗传遗传多样性分析以及连锁图谱的构建。Bi等利用ISSR标记对松江鲈鱼的野生群体和养殖群体进行比较后发现，养殖群体的遗传多样性显著降低，其中养殖群体（QHD）多态位点百分率73.80%，Neis基因多样性0178 2，香农指数0.276 9；野生群体（DD）多态位点百分率86.36%，Neis基因多样性0.0.230 2，香农信息指数 0.350 7[39]。马召腾等利用ISSR分子标记技术分析了松江鲈鱼4个不同地理群体（浙江富春江、山东黄河入海口、河北滦河和辽宁鸭绿江）群体间的遗传变异，结果表明，河北滦河与其他地理群体遗传距离较远；4群体中，河北滦河群体多态位点百分率、Neis基因多样性、香农信息指数均为最低，分别为4917%、0.153 0、0.232 2；而辽宁鸭绿江群体的相应值为最高，分别为74.03%、0.277 7、0.411 2[40]。此外徐建荣等利用ISSR和AFLP分子标记共同对辽宁丹东和河北秦皇岛2个地区松江鲈群体遗传多样性的分析，结果表明，2个群体遗传多样性处于一个水平，多态位点百分率分别为50.28%、5000%，平均杂合度和香农信息指数分别为0.169 0、0.173 3 和0.253 4、0.259 2[41-42]。

2.4.3其他分子标记曾珍等对富春江、黄河、滦河和鸭绿江等4个松江鲈鱼野生群体共120 尾个体进行 RAPD 分析，结果表明，松江鲈鱼野生群体的遗传多样性较为丰富[43]。张文学利用MHCⅠA基因对威海和东营群体进行了同源比对和进化分析，结果表明威海和东营群体之间有中等的遗传分化，即2个群体之间已经出现了形态和遗传学上的分化，但还未达到亚种的水平。因此，它们之间的差异仍然是属于不同地理群体间的差异[44]。此外，Ren等[45]和Liu等[46]从松江鲈鱼基因组中获得一定数量的微卫星标记，有助于松江鲈鱼的群体遗传学研究。

3展望

中国松江鲈鱼群体与日本南部群体不仅在受精卵径、初孵化幼苗体长存在显著差异，而且国内报道松江鲈鱼在盐度为3.0%～3.2%的海区中进行产卵[4]；而日本南部松江鲈鱼的产卵场在河口附近，而非海区内，其河口盐度为0.8%～22%[47]；国内黄河群体与滦河群体从表型性状——真皮显微结构也存在差异。以上证据提示了不仅中国群体与日本南部群体间存在生物学差异，而且在中国境内的松江鲈鱼也存在种群差异现象。但目前野生群体的遗传多样性水平不容乐观，加之人工养殖群体遗传多样性呈现显著降低的趋势，该问题必须引起高度重视。

3.1松江鲈鱼自然资源的保护和科学人工养殖

为降低松江鲈鱼野生种群种质退化的危险，必须首先加强对野生种质资源的保护，在自然水域就地建立松江鲈鱼种质保护区，防止松江鲈鱼种质退化；其次加强监控，严格控制野生松江鲈鱼的捕捞和销售；同时加强对野生资源的补充，加强人工增殖放流，以其渐渐恢复松江鲈鱼野生种群数量。各地人工养殖地区应尽早建立以本地野生松江鲈鱼为亲本的良种场，积极开展种质资源保护亲本的更新，为各地资源恢复和增养殖提供有力保障。

3.2制定松江鲈鱼种质标准

以我国各大水系野生松江鲈鱼资源为蓝本，尽快建立松江鲈鱼种质标准，以便为保护松江鲈鱼遗传多样性提供理论依据。

3.3构建松江鲈鱼种质基因库

构建种质资源基因库对广泛开展分子生物学研究提供基础，这将有利于开展松江鲈鱼分子标记、遗传学研究、系统分类、遗传图谱构建和QTL定位，乃至分子辅助育种工作。

3.4以选育优良品种为目标，开展松江鲈鱼育种工作

选育出具有生长快、抗逆性强的优良品种一直是鱼类人工养殖的目标之一，而遗传育种的本质即筛选得到具有这些经济性状相关的基因。松江鲈鱼种质资源分布广泛，松江鲈鱼遗传多样性研究为选育出具有这些优良基因的松江鲈鱼品种奠定良好的基础。

参考文献：

[1]王幼槐. 关于淞江鲈学名和模式产地以及地理分布之探讨[J]. 海洋渔业，2006，28（4）：299-303.

[2]Takita T C H. Life history of Trachidermus fasciatus in rivers around Ariake sound， Kyushu，Japan[J]. Japanese Journal of Ichthyology，1994，41：123-129.

[3]Cao L，Wang W M，Yang C T，et al. Threatened fishes of the world：Trachidermus fasciatus Heckel，1837 （Cottidae）[J]. Environmental Biology of Fishes，2009，86（1）：63-64.

[4]于诗群，王世党 .松江鲈鱼的生物学特征及养殖技术[J]. 北京水产，2008（4）：50-52.

[5]周辉. 松江鲈鱼全程海水繁育方法：中国，CN201110249580.4[P]. 2012-01-18.

[6]邵炳绪，唐子英，孙帼英，等. 松江鲈鱼繁殖习性的调查研究[J]. 水产学报，1980（1）：81-86.

[7]韦正道，王昌燮，杜懋琴，等. 孵化期温度对松江鲈鱼胚胎发育的影响[J]. 复旦学报：自然科学版，1997（5）：577-580.

[8]张飞明，张友良，谢志强.松江鲈鱼养殖技术之五松江鲈鱼成鱼养殖技术[J]. 科学养鱼，2011（12）：14-16.

[9]赵建国，盛伯生，顾红林，等. 松江鲈鱼（四鳃鲈）的人工繁殖试验[J]. 水产科技情报，1974（6）：12-15.

[10]复旦大学. 松江鲈鱼人工繁殖法：中国，CN87101107.7[P]. 1989-03-08.

[11]张飞明，张友良，张国奇，等. 松江鲈鱼养殖技术之六，松江鲈鱼常见疾病及防治措施[J]. 科学养鱼，2012（1）：17-18，93.

[12]张飞明，张友良，张煜. 松江鲈鱼养殖技术之一，松江鲈鱼亲本培育技术[J]. 科学养鱼，2011（8）：14-15，85.

[13]张飞明，张友良，张煜. 松江鲈鱼养殖技术之二，松江鲈鱼人工催产技术[J]. 科学养鱼，2011（9）：14-15，28.

[14]张飞明，张友良，张煜. 松江鲈鱼养殖技术之三，松江鲈鱼受精卵孵化技术[J]. 科学养鱼，2011（10）：14-15，85.

[15]张飞明，张友良，谢志强，等. 松江鲈鱼养殖技术之四，松江鲈鱼苗种培育技术[J]. 科学养鱼，2011（11）：14-16，85.

[16]复旦大学. 松江鲈鱼水花鱼苗生产技术：中国，CN03141435.4[P]. 2004-03-10.

[17]潘连德，蔡飞，马召腾，等. 中国境内松江鲈鱼的种群特征以及资源保护[J]. 水产科技情报，2010，37（5）：211-214.

[18]Tsukahara H. The life history and habits of the sculpin，yamano-kami，Trachidermus fasciatus Heckel[J]. Sci Bull Fac Agric Kyushu Univ，1952，12：225-238.

[19]李堃宝，邵炳绪，芮菊生. 松江鲈鱼降海洄游期间消化器官的组织学研究[J]. 复旦学报：自然科学版，1984，23（1）：7-16.

[20]Zhao C Y，Zhang R Z，Lu S F，et al. Fish eggs and larvae in the offshore waters of China[M].Shanghai：Shanghai Science and Technology Press，1985：206.

[21]Takeshita N，Onikura N，Matsui S，et al. Embryonic，larval and juvenile development of the roughskin sculpin，Trachidermus fasciatus（Scorpaeniformes：Cottidae）[J]. Ichthyological Research，1997，44（2/3）：257-266.

[22]王金秋，潘连德，梁天红，等. 松江鲈鱼（Trachidermus fasciatus）胚胎发育的初步观察[J]. 复旦学报：自然科学版，2004，43（2）：250-254.

[23]赵一杰，张美昭，温海深.松江鲈鱼胚胎及仔稚鱼形态观察[J]. 现代农业科技，2012（19）：256-259.

[24]王金秋，梁鸿子. 基于形态性状的松江鲈鱼（Trachidermus fasciatus）种群鉴别[J]. 海洋与湖沼，2008，39（4）：348-353.

[25]蒋鑫，潘连德，马召腾. 松江鲈鱼皮肤的显微和亚显微结构[J]. 动物学杂志，2012，47（4）：96-103.

[26]尹绍武，黄海，张本，等. 石斑鱼遗传多样性的研究进展[J]. 水产科学，2005，24（8）：46-49.

[27]刘永安，冯海生，陈志国，等. 植物染色体核型分析常用方法概述[J]. 贵州农业科学，2006，34（1）：98-102.

[28]陈建华，赵志安，李堃宝.松江鲈鱼的染色体组型分析[J]. 动物学研究，1984（1）：103-104，116.

[29]Abe S. Karyotype of 6 species of anabantoid fishes[J]. Chrom Inf Serv，1975，19：5-7.

[30]王金秋，石椿. 松江鲈鱼（Trachidermus fasciatus）不同组织同工酶的研究[J]. 复旦学报：自然科学版，2001，40（5）：465-470.

[31]王金秋，石椿，成功. 鸭绿江流域中国境内松江鲈鱼（Trachidermus fasciatus）天然种群的同工酶分析[J]. 复旦学报：自然科学版，2002，41（6）：688-693.

[32]战爱斌. 栉孔扇贝（Chlamys farreri）微卫星标记的筛选及应用[D]. 青岛：中国海洋大学，2007.

[33]Nei M，Koehned R K. Evolution of genes and proteins[M]. Sunderland MA：Sinauer，1983：62-88.

[34]Zeng Z，Liu Z Z，Pan L D，et al. Complete mitochondrial genome of the endangered roughskin sculpin Trachidermus fasciatus （Scorpaeniformes，Cottidae）[J]. Mitochondrial DNA，2012，23（6）：435-437.

[35]刘亚楠. 威海海域松江鲈鱼mtDNA控制区遗传多样性的分析[D]. 济南：山东大学，2009.

[36]高天翔，毕潇潇，赵林林，等. 基于线粒体Cytb基因全序列的松江鲈群体遗传结构分析[J]. 水生生物学报，2013，37（2）：199-207.

[37]邵芳，费晓燕，卢祥云，等. 松江鲈Myostatin基因内含子和线粒体D-loop DNA序列分析[J]. 常熟理工学院学报，2011，25（2）：64-68.

[38]Zietkiewicz E，Rafalski A，Labuda D. Genome fingerprinting by simple sequence repeat（SSR）-anchored polymerase chain reaction amplification[J]. Genomics，1994，20（2）：176-183.

[39]Bi X X，Yang Q L，Gao T X，et al. The loss of genetic diversity during captive breeding of the endangered sculpin，Trachidermus fasciatus，based on ISSR markers：implications for its conservation[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2011，29（5）：958-966.

[40]马召腾，刘至治，潘连德，等. 中国境内松江鲈鱼群体遗传变异的ISSR分析[J]. 水产学报，2012，36（7）：1042-1048.

[41]徐建荣，韩晓磊，李宁，等. 松江鲈群体遗传多样性的AFLP分析[J]. 大连水产学院学报，2008，23（6）：437-441.

[42]徐建荣，韩晓磊，郁建锋，等. 松江鲈群体遗传多样性的ISSR分析[J]. 淡水渔业，2009，39（1）：21-24，35.

[43]曾珍，刘至治，潘连德，等. 松江鲈鱼野生群体遗传多样性的RAPD分析和SCAR标记的转化[J]. 动物学研究，2012，33（2）：203-210.

[44]张文学. 松江鲈（Trachidermus fasciatus）群体的形态学与遗传学差异及其MHCⅠ A基因的克隆与原核表达[D]. 济南：山东大学，2011.

[45]Ren G J，Hu J J，Bao Z M，et al. Development and characterization of fourteen microsatellite loci in a threatened catadromous fish Trachidermus fasciatus[J]. Conservation Genetics Resources，2011，3（4）：685-687.

[46]Liu Z Z，Zeng Z，Pan L D，et al. Isolation and characterization of polymorphic microsatellite markers for the endangered roughskin sculpin （Trachidermus fasciatus）[J]. Conservation Genetics Resources，2012，4（4）：837-840.

[47]Onikura N，Takeshita N，Matsui S，et al. Spawning grounds and nests of Trachidermus fasciatus （Cottidae） in the Kashima and Shiota estuaries system facing Ariake Bay，Japan[J].