Еволюционна и популационна генетика

Редактиран от
Тиан Танг

Университет Сун Ят Сен, Китай

Прегледан от
Йоана И. Робало

Университетски институт по психологически, социални и битови науки (ISPA), Португалия

Liping Zeng

Калифорнийски университет, Ривърсайд, САЩ

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

популации

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Катедра по рибарство, Факултет по рибарство и науки за околната среда, Университет по земеделски науки и природни ресурси Горган, Горган, Иран
  • 2 Факултет по биологични науки и аквакултури, Nord University, Bodø, Норвегия
  • 3 Департамент по риболовни науки, Факултет по природни ресурси, Университет в Техеран, Карадж, Иран

Въведение

Генетичното разнообразие е една от основните предпоставки за запазването и оцеляването на даден вид и адаптирането му към местообитанията, подложени на различен натиск от околната среда. Смята се, че високото генетично разнообразие подобрява компетентността на индивидите и увеличава вероятността за оцеляване на видовете (Zoller et al., 1999; Hinten et al., 2003; Diz and Presa, 2009). Генетичното разнообразие, а именно разликата в броя и типа алели в хромозомните локуси, е от решаващо значение при плановете за оценка на запасите (Waldman and Yammarino, 1999). Има няколко маркера, които са били използвани за оценка на генетичната структура на популациите и сред тях микросателитите или простите последователни повторения (SSR) са едни от най-често използваните маркери (Crooijmans et al., 1997; Li et al., 2007). През последните години няколко вида и популациите бяха застрашени в резултат на прекомерен риболов и загуба на разсадници в Каспийско море (Kiabi et al., 1999). Тези фактори имат значителен ефект върху намаляването на генетичното разнообразие и хомогенизацията на популациите (McQuown et al., 2000).

Материали и методи

Вземане на проби и екстракция на ДНК

През декември 2013 г. общо 140 екземпляра от A. braschnikowi (28 индивида на място) са взети проби в пет места в южната част на Каспийско море, включително Анзали (E: 49 ° 26 ', N: 37 ° 25'), Gomishan (E: 54 ° 04 ', N: 37 ° 04'), Mahmood-Abad (E: 52 ° 15 ', N: 36 ° 37'), Miankaleh (E: 53 ° 35 ', N: 36 ° 48') и Сари (E: 53 ° 03 ', N: 36 ° 33 ') (Фигура 1) и се жертва с предозиране на трикаин метансулфонат (Pharmaq Ltd., UK) при 300 mg/L за 5 минути. След това гръбната перка на всяка риба се отрязва и съхранява в абсолютен етанол до екстракция на ДНК. Извличането на ДНК се извършва с помощта на DNeasy Blood & Tissue Kit (Qiagen, Валенсия, Калифорния, САЩ) в съответствие с протокола на производителя. Целостта на ДНК се проверява чрез електрофореза върху 1% (w/v) агарозен гел и концентрацията му се определя с помощта на NanoDrop (ND ™ -1000, Thermo Fisher Scientific, САЩ).

Фигура 1 Места за вземане на проби от A. braschnikowi през южното крайбрежие на Каспийско море в това проучване.

Усилване на микросателитите

Шест двойки микросателитни маркери (AsaD030, AsaD042, AsaC051, AsaC059, AsaD312 и AsaD392) с висок брой алели и полиморфизъм бяха избрани от данни на Alosa sapidissima (Julian and Bartron, 2007) (Таблица 1). Полимеразната верижна реакция се извършва в MJ Mini Thermal Cycler (Bio-Rad, САЩ) с 25 μl специфични за PCR микроепруветки, съдържащи 30 ng ДНК (2 μl), 0,5 μl от всеки праймер (10 pmol/μl), 1 μl от 10 mM dNTPs, 0.2 μl Taq ДНК полимераза (Fermentas, Thermo Fisher, Литва), 2.25 μl 10 × PCR буфер (Fermentas, Thermo Fisher, Литва), 1 μl 50 mM MgCl2 и стерилна дестилирана вода. Етапите на усилване бяха както следва: В първия етап денатурацията при 94 ° C за 5 минути, последвана от 35 цикъла от 45 s при 94 ° C, отгряване при избраната температура (Таблица 1) за 30 s и удължаване при 72 ° С за 45 s, с окончателно удължаване за 5 минути при 72 ° C. След това PCR продуктите се визуализират чрез електрофореза върху 6% (w/v) акриламиден гел. ДНК стълба от 50 bp (Fermentas) беше използвана като еталон за определяне размера на алелите. Геловете се оцветяват, използвайки метода на сребърно-нитрат (Bassam et al., 1991), а пакетът G9 Pro анализатор 3.9 (Gene, USA) се използва за изчисляване на SSR дължините.

маса 1 SSR локуси, използвани на A. braschnikowi и техните характеристики. Посочени са и последователностите на грундовете и температурите на отгряване.

Статистически анализ

Наблюдаваната хетерозиготност (Ho), очакваната хетерозиготност (He) и отклонението от равновесието на Харди-Вайнберг (HWE) бяха определени с помощта на GenAlex 6.5 (Peakall and Smouse, 2006). Грешки в точкуването на алели, отпадане на големи алели и нулеви алели бяха изследвани с Micro-checker 2.2.1 (Van Oosterhout et al., 2004). Непараметричен тест на Wilcoxon (Zar, 1999) в софтуера SPSS Ver 20 е използван за определяне на нивото на разлика между стойностите на Ho и He. Използвайки софтуера FSTAT (версия 2.9.3), бяха определени стойностите на богатството на алели и Fis (Goudet, 2002). Сред и между популациите, генетичното разнообразие и стойностите на разделяне между местата, базирани на индекса Fst, са получени от AMOVA, използвайки GenAlex 6.41 (Peakall and Smouse, 2006).

Тест за неравновесие на връзката между двойки генетични сайтове беше направен с помощта на софтуера GENEPOP 4.0.10 (Rousset, 2008). Безпристрастните генетични разстояния (D) и генетичните идентичности (I) според Nei (Nei, 1978) са изчислени в Popgene 1.0. Байесов подход в STRUCTURE v.2.3.4 е използван за извеждане на популационната структура на A. braschnikowi и да се направи оценка на генетично отделените популации (Pritchard et al., 2000). Броят на популациите (К) се изчислява като се има предвид 10 000 като продължителност на периода на изгаряне и 100 000 повторения на MCMC след изгаряне, с предположение за К = 1–5 и 100 повторения. Най-доброто К бе решено въз основа на делтата К метод, предложен от Evanno et al (2005). Софтуерът за тесни места 1.2.02 е използван за определяне на вероятността от скорошни тесни събития с 1000 повторения въз основа или на излишък на хетерозиготност, или на дефицит (Cornuet and Luikart, 1996).

Резултати

Идентификация на алела

Всички SSR маркери, използвани в това проучване, показват високо ниво на полиморфизъм в A. braschnikowi (Маса 1). Амплифицирани са общо 1680 фрагмента от пет популации на A. braschnikowi използвайки шест SSR маркера с дължина от 104 до 392 nt. Идентифицираните 130 алела са разпределени в диапазона 13–30 за SSR локус. Във всички популации има 16 алела през всички локуси, които са уникални или частни алели (допълнителна таблица S1). Общата средна стойност на наблюдаваните алели през всички локуси е 12,6; обхватът му е бил 7–20 алела, съответно на местата Сари и Мианкалех (Таблица 2).

Таблица 2 Полиморфна информация в шест SSR локуса на пет диви популации от A. braschnikowi.

Анализ на връзките и генетични вариации на популацията

Анализът на неравновесното генотипно свързване на Genepop при всеки локус във всяка популация разкри, че няма локуси извън равновесието във всички популации (P > 0,05).

Средният брой ефективни алели в Anazali, Gomishan, Mahmodabad, Miankaleh и Sari са съответно 8,2, 8,65, 8,82, 7,56 и 9,07. Microchecker не показа никакви доказателства за голямо отпадане на алели и грешка при оценяване, но имаше вероятност от 0,24 от нулеви алели. Най-високите (0,89) и най-ниските (0,21) стойности на Ho са установени съответно в локусите AsaD392 (местоположение на Сари) и AsaC059 (област Гомишан) (Таблица 2). След корекцията на Bonferroni имаше висока степен на отклонение от HWE. Общата средна стойност на наблюдаваната хетерозиготност е 0,58 с максимални и минимални стойности съответно от 0,67 и 0,50 в Сари и Мианкалех (Таблица 3). Също така, общата средна стойност на He е 0,87. Общата средна стойност на коефициента на инбридинг (Fis) в локусите е 0,34, с максимални и минимални стойности съответно от 0,43 и 0,26 в Miankaleh и Sari (Таблица 3). Максималната стойност (0,94) на полиморфно информационно съдържание (PIC) се наблюдава в локусите AsaD392 и AsaC051, докато минималната стойност е получена за AsaD030 (0,85). Стойностите на PIC за всички изследвани локуси са налични в таблица 4.

Таблица 3 Наблюдавани и очаквани стойности на хетерозиготност и Fis индекс на различни места на A. braschnikowi. Посочени са и средните стойности.

Таблица 4 Стойности на информационното съдържание на полиморфизма (PIC) на маркерите SSR, изследвани в A. braschnikowi.

Генетична диференциация на населението и клъстерен анализ

Таблица 5 Fst (под диагонала) и Nm (над диагонала) стойности между A. braschnikowi от различни места.

Таблица 6 Матрица на генетичните разстояния (над диагонала) и идентичности (под диагонала) между различни местоположения на A. braschnikowi.

Фигура 2 Анализ на примесите на A. braschnikowi в К = 2; всяка лента представлява индивид и оста Y показва вероятността за индивиди, принадлежащи към идентифицираните популации. За всеки индивид различните цветове са свързани с броя маркери, споделени с другия клъстер.

Фигура 3 Байесово дърво на A. braschnikowi популации от пет места в Каспийско море. Дължината на клоните отразява нетното нуклеотидно разстояние между групите.

Дискусия

Наблюдаваната хетерозиготност е значително по-малка от очакваната стойност в A. braschnikowi (P 2.0.CO; 2

Мусави-Сабет, Х., Хайдари, А., Пакнежад, С. (2016). Съотношения дължина-тегло и дължина-дължина на рода Alosa (Clupeoidei: Clupeiformes: Clupeidae) по южното крайбрежие на Каспийско море. J. Appl. Ихтиол. 32 (1), 129–130. doi: 10.1111/jai.12908

Nei, М. (1978). Оценка на средната хетерозиготност и генетичното разстояние от малък брой индивиди. Генетика. 89 (3), 583–590.

Патимар, Р., Хабиби, С., Джафари, Ф. (2011). Изследване върху параметрите на растеж на Alosa caspia caspia eichwald, 1838 г. в южното каспийско крайбрежие. IR. J. Fish. 64 (1), 15–26.

Peakall, R., Smouse, P. E. (2006). GENALEX 6: генетичен анализ в Excel. Популационен генетичен софтуер за обучение и изследвания. Мол. Екол. Ресурс. 6 (1), 288–295. doi: 10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x

Pritchard, J. K., Stephens, M., Donnelly, P. (2000). Заключение за структурата на популацията, използвайки данни за многолокусен генотип. Генетика. 155 (2), 945–959.

Русе, Ф. (2008). genepop’007: пълно повторно внедряване на софтуера genepop за Windows и Linux. Мол. Екол. Ресурс. 8 (1), 103–106. doi: 10.1111/j.1471-8286.2007.01931.x

Скаала, Ø., Høyheim, B., Glover, K., Dahle, G. (2004). Микросателитен анализ на опитомена и дива атлантическа сьомга (Salmo salar L.): алелно разнообразие и идентификация на индивидите. Аквакултура 240 (1–4), 131–143. doi: 10.1016/j.аквакултура.2004.07.009

Sun, D.-Q., Shi, G., Liu, X.-Z., Wang, R.-X., Xu, T.-J. (2011). Генетично разнообразие и структура на популацията на мраморната скала, Sebastiscus marmoratus, разкрити от SSR маркери. J. Genet. 90, 21–24. doi: 10.1007/s12041-011-0022-9

Торп, Дж. П. (1982). Хипотезата на молекулярния часовник: биохимична еволюция, генетична диференциация и систематика. Ану. Преподобни Ecol. Сист. 13 (1), 139–168. doi: 10.1146/annurev.es.13.110182.001035

Van Oosterhout, C., Hutchinson, W. F., Wills, D. P., Shipley, P. (2004). Micro-Checker: софтуер за идентифициране и коригиране на грешки при генотипиране в микросателитни данни. Мол. Екол. Ресурс. 4 (3), 535–538. doi: 10.1111/j.1471-8286.2004.00684.x

Waldman, D. A., Yammarino, F. J. (1999). Харизматично лидерство на изпълнителен директор: нива на управление и нива на анализ ефекти. Акад. Управление. Преп. 24 (2), 266–285. doi: 10.5465/amr.1999.1893936

Zar, J. H. (1999). Биостатистически анализ Кн. 12. Ню Джърси, Кап: Река Горна Седловина. Зала Прентис, 231–272.

Zoller, S., Lutzoni, F., Scheidegger, C. (1999). Генетични вариации в и сред популациите на застрашения лишей Lobaria pulmonaria в Швейцария и последици за опазването му. Мол. Екол. 8 (12), 2049–2059. doi: 10.1046/j.1365-294x.1999.00820.x

Ключови думи: алелно богатство, Alosa braschnikowi, генетично разнообразие, структура на популацията, SSR маркери

Цитиране: Jafari O, Fernandes JMdO, Hedayati A-A, Shabany A и Nasrolahpourmoghadam M (2019) Микросателитен анализ на пет популации от Alosa braschnikowi (Бородин, 1904) През южното крайбрежие на Каспийско море. Отпред. Genet. 10: 760. doi: 10.3389/fgene.2019.00760

Получено: 22 април 2019 г .; Приет: 17 юли 2019 г .;
Публикувано: 23 август 2019 г.

Тиан Танг, Университет Сун Ятсен, Китай

Йоана Изабел Робало, Университетски институт по психологически, социални и битови науки, Португалия
Liping Zeng, Калифорнийски университет, САЩ