北太平洋原生光滑壳贻贝Mytilus trossulus的杂交地理格局与Mytilus galloprovincialis谱系多源入侵的可能性：基于59个SNP位点的大尺度评估

《Marine Biology》：The native smooth-shelled blue mussel Mytilus trossulus in the North Pacific: geographic patterns of hybridisation and the likelihood of multi-source invasions by Mytilus galloprovincialis lineages

　　

为更好地了解北太平洋地区（美国、加拿大、俄罗斯、中国、韩国）原生光滑壳蓝贻贝（Mytilus属）的分布，并量化入侵的地理范围以及原生与外来贻贝之间的杂交程度，研究人员分析了来自15个北太平洋采样点和16个全球参考采样点的贻贝在59个单核苷酸多态性（SNP）位点上的变异。样本采集于2006年至2014年间，部分样本量较小（<10只贻贝），导致部分位点特异性解释受到限制。总体而言，基于SNP的研究结果证实了此前基于其他标记类型的研究发现，并揭示：（1）M. galloprovincialis可能存在多次独立入侵事件；（2）美国、加拿大和俄罗斯的生物入侵呈现空间斑块状特征；（3）中国和韩国的采样点仅存在入侵性M. galloprovincialis；（4）M. trossulus × M. galloprovincialis的杂交程度在F1代之后有限。入侵性地中海M. galloprovincialis的起源区域主要为地中海中部海域，其次为黑海和亚速海。入侵性大西洋M. galloprovincialis的源头采样点无法确定。尽管不能断然排除其他假设，但这些结果支持多次独立入侵事件的解释。研究结果提供了北太平洋地区光滑壳蓝贻贝遗传变异的首个大地理尺度SNP评估，并突出了入侵性M. galloprovincialis在北太平洋地区的正面（水产养殖发展）和负面（与特有物种杂交）影响。

一、研究背景与问题

光滑壳蓝贻贝（Mytilus属）是应用单核苷酸多态性（SNP）标记研究非模式生物的系统地理学、物种形成、外来种鉴定以及种对间杂交与渐渗的典型对象。此前基于SNP的研究已在加利福尼亚、新西兰、格陵兰、智利、阿根廷、南大洋岛屿、澳大利亚、南非、火地岛和中国等地开展，而北太平洋地区（含美国、加拿大、俄罗斯、中国、韩国和日本）是最后一个尚未用SNP进行大尺度光滑壳蓝贻贝遗传变异研究的区域。尽管该区域已有基于等位酶、线粒体DNA和核DNA标记的大量工作，但仅有一项近期研究（Li等，2026）用SNP考察了中国是否存在非本地Mytilus，其报道中国贻贝为来自地中海海的M. galloprovincialis而非原生M. trossulus；由于该发现出人意料，显然需要进一步验证。此外，M. galloprovincialis作为入侵种具有两方面主要影响：一是可能在生态上排挤甚至取代原生蓝贻贝，从而成为潮间带和浅潮带生物群落的优势成员；二是可能与原生种杂交和种间互交，但渐渗程度因原生种不同而异。其入侵成功常被归因于对温度变化及较低盐度等环境条件的耐受能力。基于此，本研究旨在：（1）确定原生北太平洋贻贝M. trossulus存在的地点并记录其相对出现情况；（2）确定北太平洋各采样点非本地分类单元的出现及其相对出现情况；（3）确定原生与外来贻贝杂交的地点及渐渗程度；（4）确定非本地贻贝的可能来源地，并判断是否存在一次或多次独立引入；（5）通过判定中国采样点贻贝是否源自地中海谱系M. galloprovincialis而非原生M. trossulus，以检验Li等（2026）的结果。

二、研究开展与结论

研究人员对来自北太平洋15个采样点（美国、加拿大、俄罗斯、韩国、中国）的358只混合年龄和规格（壳长5至50 mm）的Mytilus spp.样本，以及16个全球参考样本共445只标本，共计803个个体，在59个区分Mytilus各分类单元的SNP位点上进行基因分型。采样点涵盖港口、偏远地点、已知杂交地点和邻近水产养殖作业的地点，样本以96%乙醇保存，DNA经CTAB法从外套膜组织提取。分析采用两个数据集：数据集I在全局水平上对53个SNP位点进行分析，以鉴定北太平洋各采样点的假定物种（含杂种和混合 ancestry 个体）；数据集II仅针对北太平洋M. galloprovincialis个体（中国、韩国、俄罗斯和加拿大，120只）与大西洋和地中海谱系参考样本（219只），在43个对M. galloprovincialis具诊断性的SNP位点上进行聚焦分析，以实现种内最大分辨力。结果显示，基于SNP的结果证实了此前基于其他标记类型的发现，并揭示M. galloprovincialis可能存在多次独立入侵事件、美国、加拿大和俄罗斯的生物入侵呈空间斑块状、中国和韩国采样点仅存在入侵性M. galloprovincialis，以及M. trossulus × M. galloprovincialis的杂交在F₁代之后有限。该研究具有重要意义：提供了北太平洋地区光滑壳蓝贻贝遗传变异的首个大地理尺度SNP评估，并凸显了入侵性M. galloprovincialis在该地区的正面（水产养殖发展）和负面（与特有物种杂交）影响。

三、主要关键技术方法

样本队列来源为2006至2014年间采自美国、加拿大、俄罗斯、韩国和中国15个北太平洋采样点的358只贻贝，以及16个全球参考采样点的445只标本，共803个个体。主要技术方法包括：采用Sequenom MassARRAY iPLEX平台对59个SNP位点进行基因分型；以Arlequin v.3.5.1.2估计等位基因频率、多态位点比例（P_O）、观测（H_O）与期望（H_E）杂合度、F_IS与F_ST等F-统计量、次等位基因频率（MAF）及Hardy-Weinberg平衡偏离，并用FDR-BY控制多重检验；以POPTREEW基于F_ST距离构建邻接（NJ）树；采用STRUCTURE v.2.3.4贝叶斯聚类、Adegenet 2.1.3的判别主成分分析（DAPC）、GENETIX中的对应分析（CA）以及GeneClass2.0的赋值检验进行群体组成与分化分析；用Treemix v1.13推断迁移（入侵）事件的数量与幅度；用NewHybrids v1鉴定F₁及其他杂种，并基于14个SNP位点计算杂种指数（HI）。

四、研究结果

Part I——全部样本的全局尺度分析

群体遗传多样性与分化：53个区分Mytilus分类单元并鉴定杂种的SNP位点在803只贻贝中成功分型。多态水平（P_O）、MAF、基因多样性和差异值最高者出现在Vladivostok（VLA）和Vancouver（VAN）群体。15个北太平洋样本中有10个的F_IS值显示纯合子显著过量；VLA、VAN和VOSA样本中0.5至1.0的取值表明几乎仅存在两种替代纯合子而无杂合子。VLA样本中偏离Hardy-Weinberg平衡（P<0.05）的SNP比例最大，观测与期望杂合度差异也最大；部分结果可能归因于样本量较小（如VAN、VLA、VOSA）以及跨多年份（多个贻贝世代）采样。基于F_ST距离矩阵对全部31个样本构建的邻接树显示四个清晰分化的支系，分别对应参考分类单元M. edulis、M. trossulus、M. galloprovincialis和M. chilensis；15个北太平洋样本分为两支，来自中国和韩国的4个地点与M. galloprovincialis聚为一类，来自美国、加拿大和俄罗斯的9个地点与M. trossulus聚为一类，另有来自加拿大和俄罗斯的2个样本落在M. trossulus与M. galloprovincialis类群之间。经FDR-BY校正后，北太平洋多数群体间的成对F_ST值具有统计学显著性，分化最大者为采自日本海的VLA；中国、韩国北太平洋M. galloprovincialis样本与智利及地中海中部M. galloprovincialis之间的成对F_ST值低且通常不显著。

群体组成与分化：STRUCTURE和DAPC给出的分类单元组成结果相似。15个北太平洋样本中有7个仅存在单一分类单元：VOSB、KAM、ALA、COMO和SEA为M. trossulus，QII和DAL为M. galloprovincialis。此外，在6个样本（VLA、VOSA、VAN、CHEM、OTTP和NPO）中观察到“纯”M. trossulus个体，在4个样本（QIN、KOR、VLA和VAN）中观察到“纯”M. galloprovincialis个体；两个分类单元的假定纯个体同时出现的地点仅VLA一处。假定杂种出现在8个地点（QIN、KOR、VLA、VOSA、VAN、CHEM、OTTP和NPO）。如预期，北太平洋样本中无个体被归入M. chilensis或M. edulis参考组。对全部北太平洋样本（含参考M. trossulus和M. galloprovincialis）的对应分析显示，轴1（占总变异78%）清晰区分M. galloprovincialis与M. trossulus，轴2（11.4%）区分有重叠的大西洋和地中海谱系；北太平洋个体分别与M. trossulus、M. galloprovincialis（主要为地中海谱系）以及二者之间的混合组（11个个体）聚在一起。GeneClass2赋值检验将所有参考个体正确归入其分类单元；1个韩国样本和3个中国样本被归入M. galloprovincialis地中海谱系，中国样本还被归入“智利引入M. galloprovincialis”组；个体分析显示这4个样本以归入地中海谱系的个体为主，归入大西洋谱系者比例较小。其余11个来自美国、加拿大和俄罗斯的北太平洋样本被归入北太平洋参考M. trossulus，少量归入北大西洋谱系。

Part II——聚焦M. galloprovincialis的分析

群体遗传多样性与分化：5个北太平洋样本的9项遗传指标均值与8个参考样本均值相当。来自中国、韩国和俄罗斯的“纯”M. galloprovincialis样本间分化极低（F_ST=0.0至0.02），除中国与韩国一对样本（QIN与KOR，F_ST=0.028）外与零无统计学显著差异，而不同区域参考M. galloprovincialis样本间差异较大。北太平洋样本（中国、韩国和俄罗斯）与智利引入M. galloprovincialis及地中海中部原生样本相似性最高（F_ST=0.0至0.008）；除韩国样本外，所有北太平洋样本与爱琴海参考样本显著不同；与大西洋型M. galloprovincialis差异最大。邻接树显示四个对应参考样本地理位置的类群，最独特者为M. galloprovincialis大西洋谱系，北太平洋样本无一与其聚类；地中海谱系类群内部分为三个支持率低至中等的亚组，分别代表地中海中部型（俄罗斯VLA样本与之亲缘最近）、爱琴海型（韩国KOR及中国QII、DAL样本亲缘最近）和亚速海型（中国QIN样本亲缘最近）。

群体组成与分化：对应分析（前两轴约占总变异50%）沿轴1清晰区分M. galloprovincialis大西洋与地中海谱系。北太平洋样本中，来自3个中国样本（DAL、QII、QIN）的10个个体与大西洋谱系聚在一起；多数北太平洋样本个体与地中海谱系聚为部分重叠的类群，散布较广但与亚速海原生贻贝及智利引入的地中海M. galloprovincialis个体关系最密切。去除大西洋谱系个体后，其余北太平洋引入M. galloprovincialis样本（连同智利引入样本）形成独立类群，位于地中海海与亚速海类群之间，未清晰显示与任一参考类群更近或更远；总体而言，引入M. galloprovincialis样本形成与参考地点原生M. galloprovincialis相分离的独特类群。GeneClass2分析显示北太平洋样本主要归入地中海中北部谱系组（含智利样本），部分个体归入亚速海和爱琴海等其他区域；归入大西洋谱系且概率超过90%的个体少得多，主要来自中国（尤以DAL为多，QII和QIN亦有）。Treemix分析表明最优迁移事件数为m=3；推断的迁移边与其他分析确定的引入历史一致，并提供原生与引入贻贝间混合的额外证据。最强的两条迁移边（估计迁移权重=1.0）源自ATL相关谱系并指向QII和DAL，表明尽管这些群体总体与东地中海HER/AZO相关谱系遗传亲缘更近，仍存在实质性的ATL来源祖源贡献；迁移边位于ATL+QIN分支上可能由QIN的混合起源（含少量ATL来源成分）解释。第三条迁移边（迁移权重=0.467）将KOR样本与MED谱系相连（箭头方向错误），与引入KOR群体的HER（地中海中部）起源一致。总体而言，Treemix结果支持M. galloprovincialis分别自大西洋和地中海区域独立引入，以及至少一次引入事件可能具有混合性质。

混合——杂交与渐渗：由于STRUCTURE和DAPC分析提示8个北太平洋地点可能存在假定杂种，研究人员进一步鉴定其状态（F₁或其他杂种）。仅以M. trossulus、M. galloprovincialis和M. edulis为参考基线时，STRUCTURE和NewHybrids分析将来自8个样本（QIN、KOR、VLA、VOSA、VAN、CHEM、OTTP和NPO）的14只贻贝（约占北太平洋样本个体的3.9%）鉴定为M. galloprovincialis × M. trossulus的假定杂种。2个个体（来自青岛QIN和釜山KOR）被STRUCTURE算法归类为M. galloprovincialis × M. edulis杂种（q值为0.1至0.9）。使用两种独立方法亦检测到12只杂种，从而增强了结果的可信度。据STRUCTURE分析，8个个体为M. trossulus × M. galloprovincialis杂种（VLA 5只，VOSA、VAN和OTTP各1只），1个个体为M. trossulus × M. edulis杂种（VOSA）；在CHEM和NPO两个样本中，个体被鉴定为M. trossulus × M. galloprovincialis × M. edulis的“三重混合”。STRUCTURE分析将Vostok（VOSA）的1个个体鉴定为M. trossulus × M. edulis杂种，与北美型M. edulis亲缘最近；加拿大（CHEM）和美国（NPO）其余混合贻贝与欧洲型M. edulis亲缘最近。NewHybrids分析以大于0.9的概率鉴定出7只F₁、4只其他M. trossulus × M. galloprovincialis杂种以及来自Vostok（VOSA）的1只M. trossulus × M. edulis个体（归为其他杂种）。杂种指数（HI）分值范围为0.02（最似“纯”M. galloprovincialis）至0.99（最似“纯”M. trossulus）。结果表明，M. galloprovincialis的大规模引入已发生在太平洋西岸（即韩国和中国），当地可发现无M. trossulus混合的贻贝（HI低于0.04，最似“纯”M. galloprovincialis）；相反，俄罗斯样本以纯M. trossulus为主，但观察到部分M. galloprovincialis影响和/或假定M. trossulus × M. galloprovincialis杂种（HI为0.7至0.99）；在纯M. trossulus占优势的北太平洋东岸（加拿大、美国），仅观察到单个个体或假定杂种（HI为0.86至0.99）。不出所料，混合样本显示出高遗传多样性值，日本海多数样本（VLA）的V_HI（HI的方差）达到0.38。

五、讨论与结论

本研究首次将标准化SNP组合应用于横跨美国、加拿大、中国、韩国和俄罗斯15个地点的北太平洋光滑壳蓝贻贝遗传变异分析，将M. galloprovincialis对北太平洋的入侵置于全球Mytilus入侵事件结果的更广阔背景中，并建立在数十年来关于北太平洋沿岸原生与非本地贻贝的大量信息之上。研究证实了此前基于其他分子标记的发现：在11个地点（加拿大、美国、俄罗斯）观察到原生M. trossulus，在6个地点观察到引入M. galloprovincialis，其中4个地点（中国3个、韩国1个）含“纯”M. galloprovincialis，2个地点（加拿大和俄罗斯）含假定M. trossulus × M. galloprovincialis个体；在所有北太平洋采样点鉴定到原生M. trossulus和/或入侵M. galloprovincialis个体，但如预期未发现M. edulis或M. chilensis个体。SNP结果为大尺度地理上此前已识别的北太平洋入侵格局提供了确认，并进一步支持M. galloprovincialis与分化更大的M. trossulus之间渐渗有限的观察。中国3个群体和韩国1个群体均为“纯”M. galloprovincialis，提示采样地点可能不存在原生M. trossulus，这可解释为原生M. trossulus被局部取代，或非本地贻贝在原生种历史上缺失的地点定殖，尚需进一步数据区分这两种情形；中国采样点的发现证实了Li等（2026）的近期结果，并将其扩展至韩国（尽管仅有1个采样点数据）。研究强调区分M. galloprovincialis北大西洋谱系与地中海谱系的重要性，因为在新西兰、澳大利亚、智利和南非等国，两个谱系具有不同的入侵历史和偶有差异的生态结果。结果清楚表明，来自地中海海的M. galloprovincialis是北太平洋地区主要（数量最多）的入侵者，但也发现大西洋谱系M. galloprovincialis祖源/个体的证据：基于赋值检验结果，少数中国贻贝（尤以DAL为多，QII和QIN亦有）被归入大西洋谱系；对应分析、GeneClass2赋值检验和Treemix分析结果支持大西洋谱系M. galloprovincialis个体目前以有限数量存在于北太平洋地区，具体在中国北方和韩国。此前工作对大西洋谱系M. galloprovincialis存在于北太平洋地区的证据有限，包括一项COI（单一mtDNA标记）研究和一项7位点微卫星研究；本研究发现为这些北太平洋区域存在入侵性大西洋谱系M. galloprovincialis提供了支持，并说明SNP在揭示生物入侵者谱系身份方面具有新价值。加拿大OTTO样本和俄罗斯VLA样本的结果显示原生M. trossulus × 引入M. galloprovincialis杂交的证据，但杂交程度在F₁代之后有限。总体结论为：基于SNP的结果证实了此前基于其他标记类型的发现，揭示M. galloprovincialis可能存在多次独立入侵事件、美国、加拿大和俄罗斯的生物入侵呈空间斑块状、中国和韩国采样点仅存在入侵性M. galloprovincialis，以及M. trossulus × M. galloprovincialis的杂交在F₁代之后有限；入侵性地中海M. galloprovincialis的起源区域主要为地中海中部海域，其次为黑海和亚速海，而入侵性大西洋M. galloprovincialis的源头采样点无法确定；尽管不能断然排除其他假设，这些结果支持多次独立入侵事件的解释；该研究提供了北太平洋地区光滑壳蓝贻贝遗传变异的首个大地理尺度SNP评估，并突出了入侵性M. galloprovincialis在北太平洋地区的正面（水产养殖发展）和负面（与特有物种杂交）影响。