（水生生物学专业论文）鲤科鱼类基于cmyc和hif1基因的分子系统学研究.pdf

摘要 嗍帆m 帆帆吣 y 17 3 4 8 2 4 本研究选择核基因组中c - m y c 和h 限j 基因做为遗传标记，在选定的鲤科鱼类中， 分别扩增出基因序列或e d n a 序列，采用分子系统学方法，对其进行序列变异、系统 发育和分子进化分析。序列变异分析采用m e g a 4 0 软件；系统发育分析分别采用最大 似然法、最大简约法和贝叶斯法重建鲤科鱼类系统发育关系；分子进化分析采用 p a m l a 2 软件进行。本论文的主要研究结果及结论如下： 1 、本研究通过p c r 扩增、克隆测序及从g e n b a n k 下载共获得6 8 条鲤科鱼类及外 类群的c - m y c 基因序列。 ( 1 ) 序列变异分析表明：c - m y cc d s 序列的第5 3 8 位、7 9 3 位和1 1 6 0 位核苷酸 变异具有特异性，这些位点上高原鱼类和平原鱼类的核苷酸不同；两个高度变异区的碱 基缺失数目和鱼类亲缘关系两者间无相关性，和鱼类生活区域两者间也无相关性；具有 简约信息的第3 8 7 氨基酸位点上裂腹鱼类编码的都是丝氨酸，而其它鱼类绝大多数编码 的是苏氨酸。 ( 2 ) 系统发育分析表明：支持理科鱼类囱巴系和雅罗鱼系的划分，斑马鱼、麦氏鲥 与三线波鱼形成的分支独立于以上两个单系群外；鲍系中，野鲮鱼类位于伍巴系的最基部， 啬巴亚科、裂腹鱼亚科和鲤亚科鱼类共同构成另一分支；雅罗鱼系中，最基部的是鲭鲛亚 科鱼类，其余为绚亚科，鲴亚科、鲐亚科、鲥亚科的中华细鲫和马口鱼、雅罗鱼亚科和 鲢亚科鱼类。 ， ( 3 ) 分子进化分析表明：m 3 模型检测到争，缈c 序列位点之间的选择压力存在强 烈的异质性；使用两对似然率检验来检测正向选择tm 2 m 1 和m 8 m 7 ，m 1 模型和m 8 模型都表明绝大多数位点( 大于9 0 ) 受负向选择；小部分位点是中性进化的；没有检 测到正向选择位点。 2 、本研究通过p c r 扩增、克隆测序及从g e n b a n k 下载共获得1 1 条鲤科鱼类及外 类群的h i f - j 基因的e d n a 序列。 ( 1 ) 序列变异分析表明：发现团f j 基因e d n a 序列上l o 个核苷酸变异位点， 这些位点上赤梢鱼的核苷酸不同于其它鱼类；不同物种e d n a 的同一区域编码的氨基酸 数目变异较大；氨基酸序列有1 0 个位点上赤梢鱼和其它1 0 种鱼类编码的氨基酸不同。 ( 2 ) 系统发育分析表明：鲤科鱼类主要划分为钯系和雅罗鱼系，而斑马鱼则独立 于以上两个单系群外；雅罗鱼系中，胸亚科的麦穗鱼和雅罗鱼亚科的赤梢鱼聚为一个分 支，鲢亚科的鳙和鲢与雅罗鱼亚科草鱼构成另一分支；啬巴系中，鲤科的鲫鱼和金鱼与裂 腹鱼亚科的青海湖裸鲤构成鳃系的一个分支，再与鲤亚科的鲤鱼一起聚为一个单系群。 ( 3 ) 分子进化分析表明：m 3 模型表明h i f - 1 序列位点之间的选择压力存在强烈 的异质性；两对似然率检验用来检测正向选择：m 2 m 1 和m 8 m 7 ，m 2 和m 8 模型表 明h i f - 1 序列大部分( 大于8 0 ) 位点属于负选择作用位点，仅少数位点( o 2 ) 受强 烈的正选择作用；检测到1 3 个受正向选择的位点，其后验概率均大于5 0 ，这1 3 个位 点在不同物种间发生了变异。 关键词：c - m y c 基因，t t i f - 1 基因，分子系统学，鲤科鱼类 a b s t r a c t i nt h i ss t u d y , t w on u c l e a rg e n ec - m y ca n dh i f - 1a r eu s e da st h eg e n e t i cm a r k e r s ，c - m y cd n a s e q u e n c e sa n dh i f - 1e d n as e q u e n c e sw e t ea m p l i f i c a t e dr e s p e c t i v e l yi nt h e l e e t e ds p e c i e so fc y p r i n i d s b a s e do ns e q u e n c e sd a t a s e t , s e q u e n c ev a r i a t i o n s ，p h y l o g e n e t i c sa n dm o l e c u l a re v o l u t i o nw e r ea n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h em e t h o d so fm o l e c u l a rs y s t e m a t i e s s e q u e n c ev a r i a t i o n sa n a l y s i sw a si m p l e m e n t e di n s o f t w a r em e g a 4 0 m a x i m u mp a r s i m o n y ，m a x i m u ml i k e l i h o o da n db a y e s i a nm e t h o dw e r eu s e dt oi n f e r p h y l o g e n yr e l e a f i o n s h i p so fc y p r i n i & a n a l y s i so fm o l e c u l a re v o l u t i o nw a sc o n d u c t e di np a m l 4 2 t h e r e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sa c h i e v e df r o ma n a l y s e sw e r e 勰f o l l o w s 1i nt h i ss t u d y ，6 8d n as e q u e n c e so fc - m y cg e n ef r o mc y p r i n i d sa n d o u t g r o u p sw e r eo b t a i n e dt h r o u g h p c r a m p l i f i c a t i o n ，c l o n i n g ，s e q u e n c i n g ，懿w e l l 勰d o w n l o a d i n gf r o mg e n b a n l c ( i ) s e q u e n c ev a r i a t i o n so fc m y cc d si n d i c a t e st h a tn u c l e o t i d es i t e5 3 8 ，7 9 3a n d11 6 0i nt h ec - m y c c d sa l ed i f f e r e n tb e t w e e np l a t e a uf i s h e sa n dp l a i nf i s h e s t h en u m b e ro fb a s ed e l e t i o no ft w oh i g h l y v a r i a b l ed o m a i n si sn o tc o r r e l a t e dw i t ht h ep h y l o g e n yr e l a t i o n s h i po ff i s h e sa l s ow i t h o u tr e l a t i o n s h i pw i t h f i s hi n h a b i t a t i o n s t h ea n i n oa c i ds i t e3 8 7o fc - m y cp r o t e i ns e q u e n c e sw h i c hi sa p a r s i m o n yi n f o r m a t i v e s i t ei ss e r i n ei ns c h i z o t h o r a c i n sw h i l em o s t l yi st h r e o n i n ei no t h e rf i s h e s ( 2 ) p h y l o g e n e t i c sa n a l y s i ss h o w st h a tt h ec y p r i n i & c a nb ed i v i d e di n t ob a r b i n ea n dl e u c i s c i n e 。i nt h e e x c e p t i o no ft h ec l a d eo fd a n i or e r i o ，d a n i om y e r s ia n dr a s b o r at r i l i n e a t a w i t h i nb a r b i n e ，l a b e o n i n s c l a d ei sl o c a t e dt h eb a s a lp o s i t i o na n dt h eo t h e r sc o m p r i s eb a r b i n s ，s e h i z o t h o r a x i n sa n dc y p r i n i n s w i t h i n l e u c i s c i n e ，t h ea c h c i l o g n a t h i nf i s h e sc l u s t e di nt h eb a s a lp l a c eo fc l a d e ，t h eo t h e r s 锄霉g o b i o n i n a e ， x e n o c y p r i n a e ，c u l t r i n a e ，a p h y o c y p r i sc h i n e n s i sa n do p s a r i i c h t h y sb i d e n so fd a n i o n i n a e ，l e u c i s c i n a ea n d h y p o p h t h a l m i c h t h y i n a e ( 3 ) f r o mm o l e c u l a re v o l u t i o nb a s e do nm 3m o d e l ，a n a l y s i ss h o w st h a ts e l e c t i v ep r e s u r eo ft h ec - m y c g e n ee x i s t so b v i o u sh e t e r o g e n e i t ya m o n gd i f f e r e n ts i t e s p o s i t i v es e l e c t i o nw a st e s t e db yc o m p a r i s o no f l i k e l i h o o dr a t i o sf r o mp a i rm 1a n dm 2a n dp a i rm 7a n dm 8 t h er e s u l t sf r o mm 1a n dm 8i n d i c a t e dt h a t m o s ts i t e s ( m o r et h a n9 0 ) a r es u b j e c t e dt ot h ep r e s s u r eo fn e g a t i v es e l e c t i o na n dt h ee v o l u t i o no fo t h e r s i t e sa r en e u t r a l ，w h i l en op o s i t i v es e l e c t i o ns i t ei sf o u n d i i i 2b a s e do n - f - 1c d n as e q u e n c e sf r o m11r e p r e s e n t a t i v es p o c i e 8i nc y p r i n i d sa n do u t g r o u p ，t h e r e s u l t so fm o l e c u l a rs y s t e m a t i c sa n a l y s i sa r ea sf o l l o w ( i ) s e q u 饥c ev a r i a t i o n so fh f - 1c d n as h o w st h a t1 0n u c l e o t i d ev a r i a t i o ns i t e sf o u n di n 出p i u s a s p i u aa r ed i f f e r e n tf r o mo t h e rs p e c i e s i nt h es a m ed o m a i n ，t h en u m b e ro fc o d i n ga m i n oa c i d sa m o n g s p e c i e si sa l s od i f f e r e n t ，a n d1 0a m i n oa c i dv a r i a t i o ns i t e si n l s p i u aa a p i u aa r es h o w e dt ob ed i f f e r e n tf r o m o t h e rs p e c i e s ( 2 ) p h y l o g e n e t i c sa n a l y s i ss h o w st h a tt h ec y p r i l l i d sa r ec l u s t e r e dt t l t ob a r b i n ea n dl e u c i s c i n e ，i nt h e e x c e p t i o no fd a n i or e r i o w i t h i nl e u c i s c i n e ，p s e u d o r a s b o r ap a r v ao fg o b i o n i n a ea n da s p i u aa s p i u so f l e u c i s c i n a ef o r mac l a d e t h eo t h e rc l a d ec o n s i s t so f h y p o p h t h a l m i c h t y h sn o b i l i sa n dh y p o p h t h a l m i c h t y h s m o f f t r i xo fh y p o p h t h a l m i e h t h y i n a ea n dc t e n o p h a r y n g o d o ni d e l l u so fl c u c i s c i n a e w i t h i nb a r b i n e ， 目录 摘要。i a 】 i s t r a c t i i i 第一章鲤科鱼类分子系统学研究概况1 1 分子系统学1 1 1 分子系统学研究内容1 1 2 系统树1 1 3 系统发育推断方法2 1 4 核苷酸序列进化模型4 1 5 自展检验。4 1 6 系统发育分析软件5 2 中国鲤科鱼类系统发育的研究5 2 1 中国鲤科鱼类的分类及分布6 2 2 中国鲤科鱼类的系统发育研究现状及进展6 3 本研究的目的和意义：8 第二章基于c m y c 基因的分子系统学研究1 1 1 弓i 言。11 2 材料与方法。13 2 1 实验样品来源及仪器13 2 2 实验步骤1 3 3 序列分析1 9 3 1 序列的比对排列19 3 2 序列的特征分析19 3 3d n a 序列的变异分析1 9 3 4 氨基酸序列的变异分析1 9 3 5 系统发育分析1 9 3 6 分子进化分析2 0 4 结果2 3 v 4 1 序列的特征分析2 3 4 2d n a 序列的变异分析2 3 4 3 氨基酸序列的变异分析2 3 4 4 系统发育分析2 4 4 5 分子进化分析2 5 5 讨论：1 7 5 1 序列的变异分析2 7 5 2 系统发育分析2 7 5 3 分子进化分析2 8 第三章基于h i f - 1 基因的分子系统学研究3 5 l 引言3 5 2 材料与方法3 7 2 1 实验样品来源3 7 2 2 实验步骤3 7 3 序列分析4 1 5 2 系统发育分析4 7 5 3 分子进化分析4 8 参考文献5 5 致谢6 1 攻读学位期间发表的学术论文目录6 3 独创性声明6 5 关于论文使用授权的说明6 5 v n 第一章鲤科鱼类分子系统学研究概况 第一章鲤科鱼类分子系统学研究概况 动物分类学是- f 历史悠久的基础学科。它的主要任务不仅是识别物种，厘定名称， 更关键的是要阐明物种间的亲缘关系，建立分类系统，以研究物种的起源、分布格局及 进化过程。动物分类学的研究内容包括三个方面：q 分类，即种类区分、鉴定和命名； p 分类，即将物种归纳、划分到适当的分类阶元中，建立分类系统；丫分类，即种内的 变异、种下阶元及其进化的研究。可以概括为：鉴定( i d e n t i f i c a t i o n ) 、系统发育( p h y l o g e n y ) 和物种分化( s p e c i a t i o n ) 。 1 分子系统学 系统发育系统学( p h y l o g e n e t i cs y s t e m a t i c s ) ，又称为分支系统学( c l a d i s t i c s ) ，是 用衍生的或者近裔的特征重建共同祖先关系，并在共同祖先关系的基础上将分类单元进 行归类，建立自然的分类系统的- i q 学科。这一理论是2 0 世纪5 0 年代初由德国昆虫学家 h e n n i g 提出的【1 1 。系统发育系统学理论在融合了分子生物学试验技术和计算机技术之 后，出现了分子系统学( m o l e c u l a rs y s t e m a t i c s ) 这一生物系统学最前沿学科。分子系统 学是基于基因或蛋白质序列信息，运用分子系统发育分析方法，研究不同基因之间以及 同一基因在不同生物类群之间的进化关系的学科。 1 1 分子系统学研究内容 分子系统学根据其研究对象的不同，主要包含两大领域：种群遗传学( p o p u l a t i o n g e n e t i c s ) 和系统发育学( p h y l o g e n e t i c s ) 。种群遗传学主要是研究种内变异、种下阶元 及进化方面，而系统发育学主要研究种间及种间以上分类阶元的系统发生，以及与之相 关的生物地理学进程和进化机制。分子系统学研究的主要目的是根据分子生物学数据构 建系统树( p h y l o g e n e t i ct r e e ) 。 1 2 系统树 系统树是对所研究的基因或物种之间世袭关系的描述，反映了物种之间进化顺序的 拓扑结构。系统树可分为两类：( 1 ) 物种树( s p e c i e st r e e ) ，是表示一群物种的进化途 径的系统树：( 2 ) 基因树( g e n et r e e ) ，是根据物种的基因构建的系统树。物种树和基 鲤科鱼类基于c - m y c 和h i f - 1 基冈的分子系统学研究 因树的不同之处在于：第一，基因树和物种树的拓扑结构可能不同；第二，研究时所选 取的基因在两个物种中的分歧时间可能早于物种的分歧。 系统发育树由分支( b r a n c h e s ) 、分支交叉的内节点( i n t e m a ln o d e s ) 及终节点 ( t e r m i n a ln o d e s ) 构成。内节点代表的是祖先分类单元，终节点代表的是系统发育分析 中的现存分类单元，即操作分类单位( o p e r a t i o n a lt a x o n o m i cu n i t s ，简称o u t ) 。系统树 分为有根树( r o o t e dt r e e ) 和无根树( u n r o o t e dt r e e ) 。有根树中标明了最近共同祖先分 类单元所在位置，这种拓扑结构能够反映树上物种或基因的时间顺序。无根树中最近共 同祖先分类单元所在位置是未知的，因此它只能反映分类单元之间的距离而不涉及不同 物种间谁是谁的祖先问题。 1 3 系统发育推断方法 目前已经有很多统计学方法被用于分析分子数据来重建系统树。通常使用的方法主 要包括四个类别【2 3 】：( 1 ) 距离法( d i s t a n c em e t h o d ) ；( 2 ) 简约法( p a r s i m o n ym e t h o d ) ； ( 3 ) 最大似然法( m a x i m u ml i k e l i h o o dm e t h o d ) ；( 4 ) 贝叶斯推断法( b a y e s i a ni n f e r e n c e ) 【4 ，5 1 ，这种方法构树的速度较快，目前已经得到广泛地应用。 1 3 1 距离法 距离法是基于所有分类群进化距离值之间的关系来构建系统发育树。其应用是基于 替代模型估计每对序列间的进化距离，根据获得的距离矩阵重建系统发育树，距离法不 检验所有可能的拓扑结构，但在诸物种聚合时的每一个阶段，都应用最小进化原理。在 实际应用中常使用的距离法主要有：算术平均不加权的组对法( u n w e i g h t e dp a i rg r o u p m e t h o dw i t ha r i t h m a t i cm e a n ，简称u p g m a ) 【6 】，最小进化法( m i n i m u me v o l u t i o n ，简 称m e ) 【7 】和邻接法( n e i g h b o r - j o i n i n gm e t h o d ，简称n j ) 【8 1 等。 1 3 2 简约法 最大简约法( m a x i m u mp a r s i m o n y ，简称m p ) 最早源于形态性状研究，现在已经推 广到分子序列的进化分析中。最大简约法的理论基础是奥卡姆( o c l d a a m ) 哲学原则， 这个原则认为：解释一个过程的最好理论是所需假设数目最少的那一个。对所有可能的 拓扑结构进行计算，并计算出所需替代数最小的那个拓扑结构，作为最优树。 在核苷酸序列中，并非所有位点都能用于重建系统发育关系。其中有些位点至少有 两种不同的核苷酸，并且每种至少出现两次，这些位点被称为简约信息位点( p a r s i m o n y i n f o r m a t i v es i t e ) ，m p 构树时只利用简约信息位点。基于简约信息位点，首先计算出所 2 第一章鲤科鱼类分子系统学研究概况 有可能的拓扑结构，对于每一个拓扑结构算出的所有简约信息位点的最小替代数，这个 数字即为树长。m p 树就是具有最短树长的拓扑结构。实际上，很可能存在多种不同的 拓扑结构具有相同的最小替代数，产生一些等价的最简约树。可以通过建立一个可以代 表所有树的复合树的方法来解决这一问题，这个复合树被称为一致树。一致树通常包括 严格一致树和多数一致树。严格一致树通过形成一个多分歧的分支式样，解决等价简约 树中二分歧式样上存在的矛盾。多数一致树中最常使用的是5 0 的多数一致树。在这种 树中，通常采用出现频率为5 0 或以上的分支。 1 3 3 最大似然法 最大似然法( m a x i m u ml i k e l i h o o d ，简称m l ) 最早应用于系统发育分析是 c a v a l l i s f o r z a 和e d w a r d s 9 】在对基因频率数据的分析上，后来对于分子序列的分析也引 入了最大似然分析方法。最大似然法分析中，首先选取一个特定的替代模型来分析给定 的一组序列数据，使获得的每一个拓扑结构的似然率都为最大值，然后再挑出其中似然 率最大的拓扑结构作为最优树。在最大似然法的分析中，所考虑的参数并不是拓扑结构 而是每个拓扑结构的枝长，并对似然率求最大值来估计枝长。在大多数情况下是不可 能对所有可能产生的树都进行评估，因此m l 法选择启发式搜索、分枝交换搜索等方法 加快寻找最优树。在实际操作中，通常都是以一个简约树或n j 树为起始树开始寻找最 大似然树。 在m l 方法中，模型对数据的拟合优度可以通过似然比检测或a k a i k e 【1 0 】信息标准 ( a i c ) 来检测。a i c 定义为： a i c = - 2 1 n l + 2 p 上式中，l n l 是给定模型的对数似然率值； p 是估计的自由参数值。 当考虑同一拓扑结构时，不同的模型可以使用a i c 标准比较。通常情况下，一个参 数少而m l 值高的模型更好。 1 3 4 贝叶斯推论 贝叶斯法最早是由f e l s e n s t e i n 1 1 1 用来重建系统发育关系的。二十世纪九十年代中期， h u l s e n b e c k 和l e w i s 分别对其原理和方法做了综述，使得贝叶斯推论作为一种新的系统 学研究方法开始得到广泛应用。贝叶斯推论是建立在后验概率( p o s t e r i o rp r o b a b i l i t y ) 理 论基础上的，所谓后验概率即通过观察分析数据后选择进化模型从而估计得到的事件发 i ； 鬟 鲤科鱼类基于c - m y c 和h 1 f - 1 基因的分子系统学研究 生的概率。通过先验概率和似然率整合树，再以此树为基础计算树的后验概率分布。树的 后验概率即该树为真的可能性。物种间的系统发育推断就是根据树的后验概率进行的。 具有最高后验概率值的树的分支格局即为系统发育关系的最佳估计。一般情况下，所有 树的先验概率均被认为是相等的，而似然值则通过序列进化的标准m a r k o v 模型计算获 得。 贝叶斯法中后概率的推算常使用m e t r o p o l i s c o u p l e dm o n t ec a r l om a r k o vc h a i n 算 法。其基本思想是建立m a r k o v 链，以替代模型参数作为状态空间，其静态分布就是参 数的后验概率分布。通过计算机模拟和抽样技术获得分支格局的后验概率。 1 4 核苷酸序列进化模型 在以上四种构树方法中，m l 法和贝叶斯法是建立在进化模型基础上的，因此，研 究改进系统发育分析的序列进化模型已成为优化这两种构树方法的主要工作。在介绍碱 基替代模型前须先了解碱基替代模型所涉及的几个参数。( 1 ) 碱基频率，即四种碱基 ( a 、t 、g 和c ) 出现的频率。( 2 ) 碱基替代速率，即序列位点上一种碱基替代为其 他碱基的频率。目前，绝大多数模型都假定了替代速率的可逆性，即正向替代速率等于 反向替代速率。( 3 ) 位点间替代速率异质性，即序列内不同位点之间替代速率的差异 性。如蛋白质编码基因中，密码子的第1 、第2 和第3 个位置上的替代速率是不同的。 不同位点替代速率的统计分析已指出，速率变异近似地遵循g a m m a 分布。几种常用的 核苷酸替代模型见表1 1 。 需要指出的是，一个参数很多的模型比简单模型会更好的解释数据，但是建立在很 多参数模型的拓扑结构分析易带来更多误差。因此，只要模型能很好的表达替代模式， 使用一个简单的模型是明智的【1 2 】。 1 5 自展检验 p f e l s e i l s t e i n 【1 3 1 提出的自展检验是目前最常用来检验一个推断树可靠性的检验。该方 法即从原始序列集中随机抽样组成与原始序列集长度相等的若干个新的序列集，再用同 样的构树方法构建新序列集的系统树，最后检验这些树对其一致性树各支系的支持率。 其具体过程如下：在对含有m 条序列n 个核苷酸的原始核苷酸序列集进行自展重复抽 样时，n 个核苷酸位点被随机抽取。此过程中，一些位点可能被抽取多次，另一些位点 可能一次也没被抽取。这些被随机抽取的位点组成了1 个新的序列集，以同样方法对新 4 第一章鲤科鱼类分子系统学研究概况 序列集构建系统树。将此树的拓扑结构与原始树的拓扑结构比较。原始树的内部分支与 自展树相同的赋予值1 ，其他内部分支则赋予值0 。此过程重复多次，得到一个原始树 的每个内部分支为特征值1 的次数百分比，即自展置信度。 1 6 系统发育分析软件 在分子系统发育研究中，系统树的构建是由标准的计算机程序来完成的。下面就本 研究主要使用的几个软件做一介绍。 c l u s t a lx i 8 3 1 4 】是一款重要的多重序列对位排列软件，拥有w i n d o w s 操作界面，更 易于使用者操作，其生成文件可直接用于m e g a 4 o 【1 5 】、p a u p 4 o b 1 6 】和m r b a y e s 3 1 t 1 7 】 等系统发育软件。p a u p 4 0 b 是一个功能强大的商业软件，能够执行多种系统发育推论， 在构树时此软件具有多重选项和复杂模型方便使用者选择。本研究使用p a u p 4 0 b 软件 构建m l 和m p 树。在构建m l 树时需要选择最适碱基替代模型，此操作使用 m o d e t e s t 3 7 【1 8 】软件完成，该软件提供了5 6 种碱基替代模型。m r b a y e s 3 1 是专门为贝叶 斯系统发育推断方法设计的软件，能够采用不同的进化模型重建系统发育树，对系统树 的后验概率进行快速统计，是目前较为流行的软件，本研究使用该软件构建贝叶斯树。 2 中国鲤科鱼类系统发育的研究 鲤科鱼类( c y p r i n i d a e ) 是世界现存鱼类中最大的一个科，约有2 2 0 属2 1 0 0 种【1 9 1 ， 广泛地分布于欧亚大陆、东印度洋岛、非洲和北美洲2 0 1 。亚洲鲤科鱼类大约有1 2 0 0 余 种，其中东亚和南亚地区的鲤科鱼类在属和物种水平上的多样性是最为丰富的。东亚地 区分布了所有的鲤科各亚科类群，它和东南亚地区共同拥有世界上最为丰富的鲤科区 系。中国的鲤科鱼类有1 2 2 属逾5 0 0 种【2 1 1 ，其物种多样性及特有种的数量在东亚地区中 是最为显著的。 目前，鲤科鱼类以其丰富的生物多样性已成为研究遗传学、生理学和进化生物学等 学科的绝好材料。鲤科鱼类还在我国淡水养殖业和捕捞业中占有非常重要的地位。青鱼 ( m y l o p h a r y n g o d o np i c e u s ) 、草鱼( c t e n o p h a r y n g o d o ni d e l l u s ) 、鲢( h y p o p h t h a l m i c h t y h s m o l i t r i x ) 和鳙( h y p o p h t h a l m i c h t y h sn o b i l i s ) 是我国淡水养殖的主要鱼种。此外，鲤科 鱼类中的斑马鱼( d a n i or e r i o ) 早已被用作脊椎动物发育生物学研究的模式生物。 5 鲤科鱼类基于c - m y c 和脚r f _ 基因的分子系统学研究 2 1 中国鲤科鱼类的分类及分布 鲤科隶属于鲤形目( c y p f i n o d o n t i f o r m e s ) 。陈宜瑜【2 l 】将中国鲤科鱼类分为五个类群： 早第三纪类群，包括了鲤亚科( c y p r i n i n a e ) 、鲋亚科( d a n i o n i n a e ) 、鲍亚科( b a r b i n a e ) 和鳊亚科( a c h e i l o g n a t h i n a e ) 等，它们大部分仅存留于秦岭以南；南方类群，仅指沿青 藏高原的南麓辐射分布的野鲮亚科( l a b e o n i n a e ) ；青藏高原类群，仅包括裂腹鱼亚科 ( s c h i z o t h o r a c i n a e ) ：北方冷水性类群，包括了雅罗鱼亚科( l e u c i s c i n a e ) 和胸亚科 ( g o b i o n i n a e ) 的绚属( g o b i o ) ，它们的分布向南一般不超过秦岭山系；东亚类群，包 括鲔亚科( c u l t r i n a e ) 、鳅鸵亚科( g o b i o b o t i n a e ) 、鲴亚科( x e n o c y p r i n a e ) 、鲢亚科 ( h y p o p h t h a l m i c h t h y i n a e ) 、觞亚科的大部分种类以及赤眼鳟( s q u a l i o b a r b u sc u r r i c u l u s ) 、 草鱼和青鱼，其分布被局限于北起黑龙江流域南至红河水系的东亚地区。 刘焕章和陈宜瑜【2 2 l 指出除裂腹鱼类( s c h i z o t h o r a c i n s ) 以外，中国现生鲤科鱼类的 分布可以分为6 个类型。( 1 ) 广布型分布，包括黑龙江、长江、珠江等水系，部分种 类甚至到日本和韩国，例如中华细鲫( a p h y o c y p r i sc h i n e n s i s ) ； ( 2 ) 长江以北分布， 包括黑龙江、黄河、额尔齐斯河等水系，例如雅罗鱼属( l e u c i s c u s ) ；( 3 ) 西南地区 分布，主要是红河及其以西的水系， 例如鱼 亚科；( 4 ) 长江及其以南分布，主要是长 江及其以南，红河以东的地区，例如倒刺啬巴属( s p i n i b a r b u s ) ；( 5 ) 珠江流域分布， 包括浙、闽地区，例如唐鱼( t a n i c h t h y sa l b o n u b e s ) ；( 6 ) 其它区域性分布，最主要的 是云南高原湖泊和长江流域的分布类型。 2 2 中国鲤科鱼类的系统发育研究现状及进展 自从c u v i c 一2 3 】建立鲤科以来，众多鱼类学家已围绕着鲤科鱼类的系统学开展了一系 列的研究工作。最初的鲤科鱼类系统学研究主要依据的是其形态学的性状，并将鲤科划 分成了数目不同的亚科【2 4 0 0 】。随着系统学研究方法的不断改进和对鲤科鱼类认识的逐渐 深入，鱼类学研究者已逐渐尝试在系统发育框架的基础上来构建鲤科鱼类的分类系统， 研究亚科之间的相互关系。但到目前为止，从形态学角度上对鲤科亚科数目和亚科单系 性问题的研究仍没能达成一致意见。形态学研究的观点通常支持鲤科划分为两个主要系 群【3 1 4 3 】；但就鲤科的亚科在这两个系群中的分类学归属持有不同意见。陈宜瑜等【2 1 1 依据 亚科作为一个分类阶元应是一个单系群( m o n o p h y l y ) 这一观点将鲤科鱼类一共划分出 了1 2 个亚科，即鱼吩亚科、鲢亚科、觞亚科、鳅鸵亚科、雅罗鱼亚科、鲐亚科、鲴亚科、 6 第一章鲤科鱼类分子系统学研究概况 啬巴亚科、野鲮亚科、鲡亚科( 鲭皱亚科) 、裂腹鱼亚科和鲤亚科。然而这个分类系统确 认的亚科中，一些亚科的单系性仍然缺乏系统发育研究的证据。截至目前，基于形态特 征的系统学研究都没能得到被广泛认可的鲤科系统发育分支图。 随着近年来分子系统学的发展，鲤科鱼类已经成为分子系统发育研究的热点： s c h m i d t & g o l d ；1 9 9 3 ；b r i t oe ta 1 ，1 9 9 7 ；d o w l i n g & n a y l o r ，1 9 9 7 ；s i m o n s & m a y d e l l ， 1 9 9 7 ，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ；b r i o l a ye ta 1 ，1 9 9 8 ；g i l l e se ta 1 ，1 9 9 8 ，2 0 0 1 ：i m s i r i d o u e ta 1 ，1 9 9 8 ； m i y a z a k ie la 1 ，1 9 9 8 ；z a r d o y a d o a d r i o ，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ；d i m m i c k & b u n ，1 9 9 9 ；z a r d o y a 鲥a 1 ，1 9 9 9 ；h a n f l i n g & b r a n d l ，2 0 0 0 ；t s i g e n o p u l o s & b e r r e b i ，2 0 0 0 ；w a n g e ta 1 ，2 0 0 0 ； m a c h o r d o m & d o a d r i o ，2 0 0 1 ；s i c a r de ta 1 ，2 0 0 1 ；x i a oe ta 1 ，2 0 0 1 ；b i e l a w s k i & g o l d ， 2 0 0 2 ；d u r a n de ta l ，2 0 0 2 ；c u n h ae ta 1 ，2 0 0 2 ；t s i g e n o p o u l o se ta l ，2 0 0 2 ；l i u & c h e r t ， 2 0 0 3 ；w a n ge t a l ，2 0 0 4 ；何舜平等，2 0 0 0 ，2 0 0 4 ；李俊兵等，2 0 0 5 ；k o n g e ta 1 ，2 0 0 7 ， 2 0 0 7 ；w a n ge ta 1 ，2 0 0 7 ；h ee ta 1 ，2 0 0 8 3 4 - 6 7 ，在这些开展的鲤科鱼类分子系统发育研究 中已经考虑了亚洲的种类，特别是东亚的特有种类【6 0 缶7 】。l i u 和c h e r t 5 9 1 利用线粒体控 制区序列对东亚鲤科鱼类的系统发育分析显示鲤科中包括了两个主要的系群：鲍系 ( b a r b i n e ) 和雅罗鱼系( l e u c i s c i n e ) 。鳃系中包括了基部的野鲮亚科、位于中间的鲤 亚科和特化的鲍亚科( 含裂腹鱼亚科) 。而雅罗鱼系中，波鱼亚科位于基部；觞亚科和 雅罗鱼亚科互为姊妹群；东亚的鲐一鲴类以及一些小的附属类群构成一个单系群；但是 鲭皱亚科和丁鳞亚科的系统位置是不确定的。何舜平等 6 1 6 2 1 以细胞色素b 基因为遗传标 记所进行的研究则显示鲤科中包括三个大的类群，早第三纪类群包掸f 1 亚科的东南亚种 类和鲤亚科；北方冷水性类群包括雅罗鱼类、觞亚科和鲭鲅亚科；东亚类群包括了鲴亚 科、鲐亚科、雅罗鱼东亚种类和鲥亚科的东亚种类。孔祥会等【6 4 6 5 】基于c - m y c 、s 6 k 1 及 c t g f 基因的鲤科鱼类系统发育研究均以较高的节点支持率支持鲤科鱼类中雅罗鱼系 和鳃系的划分，其中雅罗鱼系包括雅罗鱼亚科的东亚种类、鲴亚科、鲔亚科、鲥亚科东亚 土著种类，晌亚科和鲭鲅亚科。囱巴系包括裂腹鱼亚科、啬巴亚科、鲤亚科和野鲮亚科。斑马 鱼、麦氏鲥( d a n i om y e r s i ) 和三线波鱼( r a