茴鱼属鱼类分类地位和分子系统发育研究现状

张艳珍，付龙威，李梦瑶，李瑶瑶，刘云国

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276000）

茴鱼属Thymallus 鱼类隶属鲑形目Salmoniformes、鲑科Salmonidae、茴鱼亚科Thymallinae，是一类经济价值极高的冷水性鱼类。茴鱼属鱼类在世界范围内的分布区域日益缩小，种群资源逐渐衰竭，已成为最受关注的鱼类之一[1]。茴鱼属鱼类主要分布在欧洲、北美洲、亚洲北部等，包括美国和加拿大一带的北极茴鱼T.arcticus、欧洲的欧洲茴鱼T.thymallus 和中亚及亚洲东北部的新疆北极茴鱼T.arcticus grubei 等种和亚种[2]。中亚和亚洲东北部，特别是俄罗斯、蒙古等国具有丰富的茴鱼物种多样性[3]。主要分布在东西伯利亚的叶尼塞河、勒拿河、贝加尔湖及其他的环北冰洋河流水系中的茴鱼属鱼类有东西伯利亚茴鱼T.pallasii、勒拿河茴鱼Thymallus sp.以及贝加尔茴鱼T.baicalensis[2]。在黑龙江流域中国境内茴鱼属有3 个种，即下游的黑龙江茴鱼T.tugarinae、黑龙江茴鱼T.grubii，以及后来发现的北极茴鱼亚种Thymallus sp.[4,5]，但新发现的北极茴鱼亚种地理分布范围狭小，种群数量较少，仅分布在黑龙江水系上游区域的额木尔河、呼玛河等支流[5]。新疆北极茴鱼主要分布在新疆阿勒泰地区的额尔齐斯河流域。茴鱼属鱼类生存能力弱，对生活环境要求苛刻，其种群资源容易受到人类活动和外界环境污染的影响，目前，已被列入我国濒危动物红皮书，有必要加快研究国内野生茴鱼分类地位和种群遗传多样性。因此，本文通过综述茴鱼属鱼类分类学地位、分子系统发育学以及保护遗传学等研究进展，分析当前茴鱼遗传学研究存在的问题并提出了解决途径，以期为加大茴鱼属鱼类自然资源的保护提供参考。

1 茴鱼属鱼类分类学地位研究现状

我国有1 个茴鱼种是产于黑龙江流域的黑龙江茴鱼T.grubii,另有2 个亚种产于鸭绿江上游的鸭绿江茴鱼T.arcticus yaluensis 和产于新疆额尔齐斯河流域的北极茴鱼T.arcticus grubei。黑龙江茴鱼自然资源分布于欧亚大陆，在我国主要分布于包括苏里江、呼玛河、额木尔河等在内的黑龙江流域。黑龙江茴鱼肉质鲜美，为黑龙江水系特有的名贵冷水性食用鱼类，但受人类活动以及环境胁迫的影响，其分布区域逐渐缩小，种群资源频临灭绝，被列入了《中国濒危动物红皮书——鱼类、两栖类和爬行类、鸟类和兽类》，是我国的濒危鱼类物种之一。

鸭绿江茴鱼以吻部较短，眼睛较大，前额较宽及体色等特征区别于黑龙江茴鱼，分布于鸭绿江上游及其支流水系中，分布区域狭小，群体间不存在地理隔离，其分类学地位却一直存有争议。我国大多数学者将分布于鸭绿江上游的茴鱼称为T.a.yaluensis，也有学者将其记录为T.a.grubei，但都未进行分类学研究。Knizhin 等[6]比较后认为，鸭绿江茴鱼模式种的外部特征参数基本上处于黑龙江茴鱼与下游黑龙江茴鱼的外部特征参数变化范围之内,因此尚不能确定其分类学地位。马波等[7]比较了线粒体DNA（mtDNA）基因序列变异，发现黑龙江茴鱼与鸭绿江茴鱼是同物异名，表明茴鱼属鱼类各种、亚种之间的区分不明确，命名也较混乱。Ma 等[1]研究了贝加尔勒拿茴鱼、鸭绿江茴鱼、下游黑龙江茴鱼和蒙古茴鱼的线粒体基因组序列，分析了茴鱼间线粒体基因组的序列分歧时间。结果表明，线粒体基因组是研究茴鱼属鱼类系统进化关系较好的工具，从线粒体基因组水平上也再次确认了鸭绿江茴鱼为黑龙江茴鱼的同物异名种。下游黑龙江茴鱼分布于黑龙江水系，其体色鲜艳，背部没有或具少量黑色斑点，体侧具鲜艳的橙色条纹，这些特征明显区别于茴鱼属内其它种。马波等[8]2006 在黑龙江水系的乌苏里江、呼玛河、额木尔河等河流中采集到下游黑龙江茴鱼标本，鉴定为中国一新纪录种。

马波等[9]调查黑龙江上游的呼玛河、额木尔河等支流水系鱼类资源时，发现了三种形态特征差异显著的茴鱼。其中两种茴鱼被鉴定为黑龙江茴鱼和下游黑龙江茴鱼，而另一种茴鱼尚不能确定。与此同时，分布于俄罗斯境内东西伯利亚地区的勒拿河上游的茴鱼被确认为北极茴鱼的一个待定名亚种。马波等[9]基于线粒体D-loop 区域序列变异分析，发现该未确定种的茴鱼与分布于勒拿河上游的勒拿河茴鱼构成单系群，序列分歧只有0.006，两者侧线鳞数、体型、体色等形态学特征非常接近。黑龙江上游茴鱼和勒拿河上游的待定名茴鱼为同一个种，随即该茴鱼被确定为北极茴鱼的一个亚种。

新疆北极茴鱼主要分布于新疆北部的阿勒泰地区额尔齐斯河流域，包括其上游各支流如布尔津河、别列孜克河、叶尔特斯河、喀拉额尔齐斯河、喀依尔特斯河、哈巴河、库依尔特斯河和克兰河等地，属于栖息于砂砾底质的山涧溪流中典型的高耗氧冷水性鱼类[10,11]。新疆北极茴鱼体色鲜艳，外观华丽，肉质鲜美，是新疆特有的名贵食用鱼类，我国重要的水产种质资源，具有非常高的经济开发价值[12-14]。根据李思忠等[15]对新疆北部鱼类的调查研究，新疆北极茴鱼曾被划分为北极茴鱼的一个亚种。随后，李思忠等[16]编写的《新疆鱼类志》和冯敏等[17]编写的《新疆哈纳斯湖科学考察》一书也参考了该分类方法。然而，新疆北极茴鱼具有形态特征多样性，根据传统形态学进行分类，不确定因素较多，不足以明确新疆北极茴鱼的分类地位。目前界定这种茴鱼的分类学地位尚缺乏分子生物学资料的支持。新疆北极茴鱼究竟属于北极茴鱼Thymallus arcticus 的一个亚种还是茴鱼属鱼类的一个新种，或者是其他种茴鱼的亚种尚需进一步鉴定。新疆北极茴鱼养殖业的发展也需要清楚地了解其养殖品种的遗传背景和分类进化地位，有必要研究新疆北极茴鱼的分类学地位，以掌握其资源状况，为其养殖业的发展奠定基础。

2 茴鱼属鱼类分子系统学研究工具——线粒体基因组研究现状

随着生物信息学和DNA 测序技术的迅速发展，分子系统学也逐渐完善。线粒体DNA（Mitochondrial DNA,mtDNA）是细胞核外能自主复制、转录及翻译的遗传因子。鱼类mtDNA 结构简单、分子量小、高拷贝数、进化速度快且存在种群差异多样性、易于扩增测序，为研究系统发育、分子进化和物种起源的重要分子标记，已广泛应用在分子系统学研究中[18～22]。鱼类线粒体基因组为15～20kb 的双链环状DNA 分子，包括37 个编码基因（13 个蛋白编码基因、2 个rRNA 基因和22 个tRNA 编码基因）、1个主要的非编码控制区（D-loop）和1 个轻链复制起始区。13 个蛋白基因编码的是与线粒体内膜相结合的酶复合体的亚单位，分别为细胞色素b（Cytb）、2个ATP 合成酶的亚单位（ATPase8 和ATPase6）、3个细胞色素c（Cytc）氧化酶的亚单位（COI，COII 和COIII）、7 个NADH 还原酶复合体的亚单位（ND1-6和ND4L）；2 个rRNA 基 因 为12S rRNA 和16S rRNA；22 个tRNA 基因编码的氨基酸自控制区依次为：Phe、Val、Leu、Glu、Ile、Met、Trp、Ala、Asn、Cys、Tyr、Ser、Asp、Lys、Gly、Arg、His、Ser、Leu、Glu、Thr 和Pro[23～27]。用mtDNA 序列研究物种的进化关系，要从两个方面入手：首先以研究目的和对象为依据，选出适当的mtDNA 区域，测定目标片段序列；对于亲缘关系较远的物种，要选择相对保守的区域（如12S rRNA 和16S rRNA），而对亲缘关系近的物种，则选择进化速率较快的区域（如COI 基因、D-loop 区和Cytb）。然后比较mtDNA 同源序列，运用基本的加权规则和系统重建途径与方法[如距离法（NJ 法）、似然法（ML 法）、简约法（MP 法）等]综合分析mtDNA序列，获得有关进化的信息，构建分子系统进化树。分子生物学分析方法能很好地弥补茴鱼属鱼类形态分类学的不足，有效地明确其进化关系和分类地位[28]。当前，茴鱼属鱼类的线粒体基因组测序工作取得一定的进展[29-31]，已测定了11 种茴鱼属鱼类的线粒体基因组全序列，包括：欧洲茴鱼（NC_012928，Thymallus thymallus）、东西伯利亚茴鱼（NC_027408，Thymallus pallasii）、北极茴鱼（NC_012929，Thymallus arcticus）、下游黑龙江茴鱼（NC_027409，Thymallus tugarinae）、布列亚茴鱼（KJ866485，Thymallus burejensis）、黑龙江茴鱼（KF692113，Thymallus grubii）、北美茴鱼（北极茴鱼指名亚种，KJ866481，Thymallus arcticus arcticus）、蒙古茴鱼（NC_027412，Thymallus brevirostris）、鸭绿江茴鱼（NC_027410，Thymallus yaluensis）、堪察加茴鱼（NC_029216.1，Thymallus mertensii） 和贝加尔勒拿茴鱼Thymallus arcticus baicalolenensis[1]。除此之外，艾利安茴鱼（NC_029216.1，Thymallus aeliani）的COI 基因也已完成测序。

3 茴鱼属鱼类的分子系统进化关系研究

目前已研究了部分茴鱼属鱼类的分子系统进化关系和系统地理学信息，并取得了一定的进展。Koskinen 等[32,33]利用微卫星标记和mtDNA-RFLP 标记研究了芬兰东部萨伊马湖的3 个欧洲茴鱼群体的微地理遗传结构，揭示了欧洲茴鱼不同群体的分子系统地理学信息。Stamford 和Taylor[34]利用微卫星标记和mtDNA-RFLP 标记研究了美洲北极茴鱼分子系谱发育地理学，探究了美洲北极茴鱼的起源、分化及同欧亚茴鱼的亲缘关系。Froufe 等[35]利用线粒体ATPase6 基因和D-Loop 区基因测序方法研究分析了欧亚茴鱼群体的分子系统进化关系。Weiss等[36]利用线粒体基因组D-Loop 区DNA 序列识别了不同地理谱系的欧洲茴鱼；随后，Weiss 等[37]测定了线粒体D-Loop 区DNA 的序列和12 个表型特征，研究了勒拿河及其周边水系中北极茴鱼两个主要地理谱系的遗传学和表型差异。马波等[4]测定了线粒体D-Loop 区DNA 的全序列，表明黑龙江水系中国境内茴鱼属鱼类进化分支为3 个物种：黑龙江茴鱼、下游黑龙江茴鱼和新发现的北极茴鱼亚种，序列分歧达到了属内种间的遗传分化水平（4.5%～5.9%）为4.7%～5.9%。马波等[9]在茴鱼属鱼类的线粒体D-loop 区DNA 全序列变异的基础上，研究了黑龙江上游的呼玛河、额木尔河等水系中有显著形态特征差异、且分布在同域的3 种茴鱼属鱼类的分子系统发育关系，结合其在黑龙江水系的地理分布现状，推测3 种茴鱼的起源及演化。Ma 等[38]测定了线粒体D-loop 区DNA 序列，研究了黑龙江茴鱼的群体遗传结构和分子系统地理学。Gum 等[39,40]利用微卫星标记和mtDNA 分析了欧洲茴鱼的分子系统地理学，发现要更好地保护茴鱼群体，需进行更大规模的遗传分析和分子系统地理学研究。Maric 等[41]利用12 个微卫星位点和线粒体D-loop 区DNA 序列变异研究了乌拉尔河和伏尔加河上游的欧洲茴鱼群体遗传学和分子系统发育关系。孙毅[42]基于生物信息学的方法，分析了36 种鲑科鱼类的线粒体基因COI、Cytb 和ND4 系统发育信息效率，其中包含黑龙江茴鱼、北美茴鱼和欧洲茴鱼。以上研究都为茴鱼属鱼类之间进化关系和分类学地位提供了重要的遗传参考数据。然而，以上研究大多局限于当地茴鱼种类资源，种类比较少，没有从茴鱼属鱼类的整体资源上研究当前已知的所有种类。

4 茴鱼遗传学研究中的问题及其解决途径

茴鱼属鱼类大都表现为很强的繁殖洄游特性和有限的扩散行为，具有独特的生活史，易形成家族式群体，种群间的基因交流存在一定的障碍，地理种群间遗传分化显著，种群间的遗传分化程度也非常高[45]。Koskinen 等[43,44]利用微卫星标记分析了不同地理群体的欧洲茴鱼的系统地理学，发现群体间地理隔离会影响遗传分化，即使是很小的地理距离也会产生较大的遗传分化，表明茴鱼属鱼类的遗传分化受地理隔离的影响较大。分布于同一水系的茴鱼属鱼类，因支流众多导致地理隔离，即使是同一个种或亚种，群体间也可能产生了较大的遗传分化。有必要加大茴鱼属鱼类微地理群体和残遗种群的研究，便于发现更多的显著进化单元，保护茴鱼属鱼类独特的遗传结构和天然基因库[45]。为扩大茴鱼属鱼类的自然群体数量，抑制自然资源的枯竭，可以选择茴鱼属自然种群中，亲缘关系近的个体与基因库群体进行基因交流，用人工养殖群体进行放流增殖。

茴鱼属鱼类相继发现了许多新种和亚种，但研究者所依据的标准不一，造成了该属分类的混乱，很多分类结果存在争议；由于同种异名的存在，该属鱼类究竟有多少种目前尚不清楚。因而，分析茴鱼属鱼类已知的所有种和亚种之间的分子系统进化关系，能够排除同物异名种或发现新种，进一步规范茴鱼属鱼类的定名，对确定其分类学地位具有重要的意义。同时，理清茴鱼属鱼类相互之间的进化关系，明确属内分类等级（种、亚种），为制定合理的茴鱼资源保护措施提供科学依据。