基于微卫星标记的斑节对虾不同地理种群遗传多样性与种群结构分析

《Fishes》：Analysis of Genetic Diversity and Population Structure Among Different Geographical Populations of Babylonia areolata

　　

象牙贝（Babylonia areolata）是中国东南沿海及整个东南亚地区一种具有重要经济价值的腹足类软体动物。近年来，过度捕捞和栖息地退化导致野生种群持续下降，而大规模人工育苗和跨区域引种对种质资源的遗传完整性构成潜在威胁。为评估不同地理种群的当前遗传多样性和种群结构，研究人员利用14个微卫星标记（microsatellite markers）分析了采集自海南（HH）、广东湛江（ZJ）、福建诏安（ZA）和福建长乐（CL）的4个野生种群，以及1个从泰国引进的选择育种群体（TT）。所有5个种群均保持较高的遗传多样性，其中选择育种群体TT的等位基因丰富度（allelic richness）最低。成对Fst值介于0.003至0.076之间：选择育种群体TT与3个大陆种群呈中度分化（Fst = 0.073–0.076），但与HH仅呈弱分化（0.038）。分子方差分析（AMOVA）显示，大部分遗传变异存在于个体内部，仅4.31%的变异存在于种群间。主坐标分析（PCoA）、STRUCTURE和UPGMA分析一致解析出两个主要谱系：CL、ZA和ZJ形成一个分支，而HH和TT聚为第二个分支。总体而言，野生B. areolata种群仍保有较高的遗传多样性，种群间分化总体较弱，而引进的选择育种群体已经表现出等位基因丰富度降低。这些发现为B. areolata的野生种质资源保护、跨区域移植管理和遗传育种提供了科学依据。

**基于微卫星标记的斑节对虾不同地理种群遗传多样性与种群结构分析——论文解读**

**一、研究背景与科学问题**

象牙贝（Babylonia areolata, Link, 1807），又称斑节对虾，是一种营底栖生活的肉食性腹足类软体动物，隶属于软体动物门（Mollusca）、腹足纲（Gastropoda）、新腹足目（Neogastropoda）、蛾螺科（Babyloniidae），自然分布于中国东南沿海及东南亚热带和亚热带海域。因其肉质鲜美、营养丰富，在泰国、越南等东南亚国家具有悠久的捕捞和食用历史。自20世纪90年代末中国成功突破人工育苗和养殖技术以来，B. areolata已成为海南、广东、广西和福建等南方沿海省份的重要海水养殖种类。近年来，该物种的基础研究和育种实践发展迅速：不同地理种群及其F1杂交后代在耐热性、耐低盐性、弧菌胁迫下的存活率和免疫应答等方面已证实存在显著差异和杂种优势，三个野生种群间的杂交在生长和存活方面也表现出明显的杂交优势；此外，血细胞吞噬活性、幼虫饥饿代谢响应、染色体水平基因组组装以及性别特异性分子标记和ZW/ZZ性别决定系统等研究成果相继报道，为该物种的遗传改良提供了重要基础。

然而，随着养殖规模扩大和集约化程度提高，养殖群体日益表现出种质退化现象，包括生长缓慢和抗病力下降，而过度捕捞则导致野生资源持续衰退。遗传多样性是物种适应环境变化、抵抗疾病、维持长期生存和进化潜力的物质基础，其丧失直接威胁野生种群的存续和养殖产业的可持续性。针对现有B. areolata地理种群的遗传多样性和种群结构进行系统评估，已成为种质资源保护和遗传育种中一个基础且紧迫的问题。

人工育苗和选择育种对经济重要水产养殖物种遗传多样性的影响，长期以来一直是保护遗传学和育种科学的核心关切。有限的创始个体数量、闭锁繁殖、持续定向选择和遗传漂变通常会降低养殖群体的等位基因丰富度和有效种群大小，并可能侵蚀与适应性相关的性状。已有研究表明，渤海养殖三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）的期望杂合度显著低于野生种群；韩国养殖太平洋牡蛎（Crassostrea gigas）相对于野生种群表现出明显的稀有等位基因丧失和遗传组成改变；大规模选择的岩牡蛎（C. nippona）群体的遗传变异也少于野生群体；养殖虾夷扇贝（Mizuhopecten yessoensis）的估计有效种群大小仅为9–26，远低于野生种群估计的数万。经典研究进一步证明，圈养繁殖导致野生环境下适合度的快速累积下降，且对圈养的遗传适应可在单代内产生。对于B. areolata，先前对不同地理种群选择育种世代的比较已揭示出随着选择推进遗传多样性呈下降趋势。然而，这些研究主要集中于人工育苗或选择育种群体，对覆盖该物种主要自然分布范围的野生地理种群的系统调查仍然匮乏。特别是两个关键问题仍未解决：野生地理种群是否保留足够的遗传变异，以及引进的选择育种群体在共显性标记上与野生种群的差异程度。为填补这一空白，本研究利用微卫星标记对4个野生地理种群（CL、ZA、ZJ和HH）和引进的泰国选择育种群体（TT）的遗传多样性、分化和种群结构进行了系统分析。

**二、主要技术方法**

研究人员从中国东南沿海B. areolata的主要自然分布区内采集了4个野生种群，分别来自海南三亚（HH）、广东湛江（ZJ）、福建诏安（ZA）和福建长乐（CL），并收集了1个最初引自泰国罗勇府、经连续4代选择育种的养殖群体（TT），每个种群随机采样30个个体，共150个样本。研究选用14个多态性微卫星（simple sequence repeat, SSR）标记，通过PCR扩增和荧光毛细管电泳进行基因分型；采用MICRO-CHECKER检测无效等位基因；利用GenAlEx 6.5计算遗传多样性参数并进行主坐标分析（PCoA）；FSTAT计算等位基因丰富度；GENEPOP进行哈迪-温伯格平衡（HWE）和连锁不平衡检验；Arlequin 3.5计算成对Fst并进行分子方差分析（AMOVA）；Mantel检验评估距离隔离（IBD）；STRUCTURE v2.3.3进行贝叶斯聚类分析；基于Nei氏标准遗传距离构建UPGMA系统发育树。

**三、研究结果**

**3.1 遗传多样性**

所有位点在5个B. areolata种群中均呈多态性。ZA、HH、CL、ZJ和TT种群分别检出236、232、231、217和177个等位基因，TT最低而ZA最高；单个位点的等位基因数范围为3（位点DC-50）至37（位点D-2-13-1）。5个种群的平均观测等位基因数（Na）介于12.64 ± 1.91至16.86 ± 2.21之间，排序为ZA > HH > CL > ZJ > TT；平均有效等位基因数（Ne）介于6.77 ± 1.07至10.71 ± 2.15之间，排序为HH > CL > ZA > ZJ > TT；两项参数在种群间均无显著差异（p > 0.05）。平均观测杂合度（Ho）介于0.72 ± 0.05至0.78 ± 0.04之间，平均期望杂合度（He）介于0.81 ± 0.03至0.86 ± 0.03之间，香农信息指数（I）介于2.02 ± 0.15至2.34 ± 0.19之间，种群间同样无显著差异。经稀疏标准化后的等位基因丰富度（Ar）以ZA最高（16.86），TT最低（12.64）。多个位点-种群组合显著偏离HWE（p < 0.05），但偏离分散于不同位点和种群之间，没有任何位点在所有5个种群中一致偏离HWE。CL、ZA、ZJ、HH和TT中分别有4、5、4、3和3个位点显著偏离HWE。平均多态信息含量（PIC）介于0.783（TT）至0.836（ZJ）之间，所有位点均为高度多态（PIC > 0.5）。

**3.2 遗传分化与AMOVA**

成对Fst值介于0.003至0.076之间，除CL与ZA（Fst = 0.003，p > 0.05）外，所有成对比较均具有统计学显著性（p < 0.05）。依据Wright（1978）的分类标准，Fst值0–0.05和0.05–0.15分别表示弱分化和中度分化。涉及泰国种群的4对组合（HH–ZA、ZJ–TT、CL–TT和ZA–TT；Fst = 0.051–0.076）呈中度分化，其余显著性组合（Fst = 0.021–0.046）尽管统计显著，但仅呈弱分化。5个种群的整体Fst为0.043（p < 0.05），表明分化虽在统计上显著，但生物学幅度较小。AMOVA结果显示，大部分遗传变异存在于个体内部（83.07%），12.62%的变异存在于种群内个体间，仅4.31%的变异存在于种群间。

在4个野生种群中，线性化Fst与最短沿海航线距离呈正相关但不显著（Mantel r = 0.588，精确p = 0.125；9999次置换p = 0.123；Spearman ρ = 0.714）。使用大圆距离（r = 0.462，精确p = 0.167）、未转换Fst（r = 0.589，精确p = 0.125）和对数转换航线距离（r = 0.585，精确p = 0.083）的所有替代方案均一致不显著。

**3.3 种群结构分析**

PCoA将5个种群明确解析为3个组：第一主坐标（占变异的79.94%）将紧密聚集的大陆种群CL、ZA和ZJ与HH和TT分开，第二主坐标（占14.30%）进一步区分HH和TT，两个轴合计解释了94.24%的变异。STRUCTURE分析基于Evanno ΔK统计量确定最优聚类数为K = 2（ΔK = 141.30）。在K = 2时，CL、ZA和ZJ归属于簇I，HH和TT归属于簇II，仅少数ZJ个体显示混合血统。基于Nei氏遗传距离的UPGMA树支持相同的分组模式：CL和ZA首先聚类（D = 0.120；99%自展支持），接着与ZJ汇合（83%），而HH和TT形成独立分支（D = 0.331；74%）。PCoA、STRUCTURE和UPGMA结果相互一致，将遗传相近的CL/ZA/ZJ大陆谱系与HH/TT谱系区分开来，同时HH和TT各自具有独特的遗传背景且彼此也存在明确分化。

**四、讨论与结论**

在遗传多样性方面，5个种群的期望杂合度（He = 0.81–0.86）和观测杂合度（Ho = 0.72–0.78）均处于较高水平，明显高于许多海洋生物此前报道的水平。尽管不同研究间杂合度绝对值因标记数量和多样性、采样设计和种群历史的差异而不严格可比，但对比方向一致表明B. areolata的遗传多样性较高。高遗传多样性的维持可能与其高繁殖力、野外较大的有效种群大小以及浮游幼虫阶段的扩散能力有关。在遗传分化方面，AMOVA显示遗传变异主要存在于个体内部，整体Fst值为0.043，仅4.31%的变异存在于种群间，属于显著但低水平的分化，与高基因流海洋种群的一般模式一致。CL与ZA之间分化不显著（Fst = 0.003），福建-广东沿海3个种群（CL、ZA和ZJ）在UPGMA、PCoA和STRUCTURE分析中一致聚为一组，而HH和TT在K = 2时形成第二个簇。值得关注的是，HH与TT间的遗传亲和性：尽管两者大圆距离约2445 km，沿海航线超过3700 km，但在K = 2时被归入同一簇，且它们之间的分化程度（Fst = 0.038）低于HH与地理上更近的ZJ之间的分化（Fst = 0.040）。鉴于B. areolata浮游面盘幼虫期较短（约两周）、卵囊底栖附着和繁殖力相对较低，仅靠自然幼虫扩散难以解释海南与泰国湾之间如此距离的遗传连通性，这种亲和性可能归因于人为介导的跨区域移植，包括两个主要养殖区之间亲本和人工育苗的交换以及野生个体的贸易。

泰国选择育种群体TT在5个种群中的等位基因丰富度（Ar = 12.25）和有效等位基因数（Ne = 6.77）最低，检出的总等位基因数（177）也明显低于野生种群（191–236），表明稀有等位基因已发生丧失。这一模式与养殖或选择群体中遗传多样性降低的普遍报道一致，可能源于创始者效应、闭锁繁殖下的遗传漂变、持续定向选择以及引种历史等因素的共同作用。值得注意的是，TT的观测杂合度（Ho = 0.78）和期望杂合度（He = 0.81）均未显著降低，Ho甚至略高于某些野生种群。这种等位基因丰富度降低而杂合度保留的模式在选择群体中并不少见：瓶颈后等位基因丰富度（尤其是稀有等位基因数量）的下降速度快于杂合度，4代选择可能不足以显著降低杂合度；此外，创始个体可能来源于遗传多样性较高的泰国野生种群，选择过程中维持相对较大的有效亲本数量和有意避免近交也有助于保持杂合度。然而，TT目前较高的杂合度并不能排除潜在遗传风险，其降低的等位基因丰富度应被视为选择群体遗传多样性侵蚀的预警信号。

TT与所有中国野生种群均呈显著分化（Fst = 0.038–0.076），并在STRUCTURE分析中形成独立遗传簇，表明其遗传组成与中国野生种群明显不同，构成独特的基因库。这种遗传独特性使TT可能成为杂交育种的潜在亲本材料。种内选择系间杂交已在太平洋牡蛎中产生显著杂种优势，B. areolata地理种群间的F1杂交后代已在耐温性、耐低盐性和抗病性方面表现出优越性，提示具有不同遗传背景的种群间杂交可能为该物种带来可观前景。但遗传分化是杂种优势或优良配合力的必要而非充分条件，TT的实际杂交育种价值仍需通过实际杂交试验加以验证。

综上所述，基于14个多态性微卫星位点，本研究系统揭示了B. areolata中国东南沿海野生种群和泰国选择育种群体的遗传多样性格局与种群结构。所有种群仍保有相对丰富的遗传基础。泰国选择群体较低的等位基因丰富度提示，未来育种计划应优先关注等位基因丰富度的维持，而非仅依赖杂合度评估遗传状况。种群间遗传分化程度从低到中度不等，并呈现出清晰的空间遗传结构：长乐（CL）和诏安（ZA）种群间遗传分化可忽略不计，湛江（ZJ）与CL和ZA均呈弱但显著的分化；海南（HH）和泰国（TT）种群与福建-广东沿海种群遗传差异明显并聚为一支；4个野生种群间未检测到显著的距离隔离模式。泰国选择群体与中国野生种群存在遗传分化，这种遗传差异提供了宝贵的遗传资源，为其作为遗传差异亲本品系应用于杂交育种计划奠定了基础。这些发现为野生种质资源的分区域差异化保护、跨区域移植管理、差异化杂交育种以及B. areolata养殖产业的可持续发展提供了分子遗传学依据。