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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 我國(guó)雉科特有屬鳥類的分子系統(tǒng)發(fā)生研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 為研究我國(guó)雉科（Phasianidae）4個(gè)特有屬，雉鶉屬（Tetraophasis）、血雉屬（Ithaginis）、馬雞屬（Crossoptilon）和錦雞屬（Chrysolophus）的系統(tǒng)發(fā)生，本作品采用PCR-直接測(cè)序的方法分析我國(guó)雉科15個(gè)屬鳥類線粒體DNA控制區(qū)1070bp序列，共發(fā)現(xiàn)376個(gè)變異位點(diǎn)，其中簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)345個(gè)。15個(gè)屬間，錦雞屬和雉屬(Phasianus)的遺傳距離最小，0.067；山鶉屬(Perdix)和竹雞屬間(Bambusicola)的最大，0.081 。所有的屬在系統(tǒng)發(fā)生樹中聚成兩個(gè)明顯的分支，其中山鶉屬為單獨(dú)一支。4個(gè)特有屬的近緣屬分別是虹雉屬(Lophophorus)、角雉屬(Tragopan)、鷴屬和雉屬(Lophura)。根據(jù)分子鐘計(jì)算，它們大約在4.00~5.00百萬(wàn)年前分歧進(jìn)化。依化石和地理分布，我國(guó)4個(gè)特有屬可能起源于西南山地。
- 詳細(xì)介紹：
- 1、材料和方法 1.1實(shí)驗(yàn)材料 本文共分析了我國(guó)雉科15屬30個(gè)種，其中16個(gè)種的序列來自GenBank。黑鳳冠雉（Crax alector，GenBank 序列號(hào) AY145315） 和肉垂鳳冠雉（Crax globulosa，AY145316）用做外群。 1. 2 DNA 提取，PCR 反應(yīng)和DNA 測(cè)序 采用乙醇沉淀法提取總DNA。用特異性引物PHDL（5′-AGG ACT ACG GCT TGA AAA GC-3′）和 PHDH（5ˊ-CAT CTT GGC ATC TTC AGT GCC-3ˊ）（Randi & Lucchini，1998）進(jìn)行PCR反應(yīng)，體積為35?l，反應(yīng)液中含10 mmol/L Tris-HCl（pH 8.3），50mmol/L KCl，1.5mmol/L MgCl2，Taq酶1U（Sangon），4種dNTP各150?mol/L，2個(gè)引物各10 pmol/L，DNA模板約100ng。反應(yīng)在PE2400儀上進(jìn)行。循環(huán)參數(shù)為95℃預(yù)變性4min，然后95℃變性40s，55℃?58℃復(fù)性40s，72℃延伸60s，共35個(gè)循環(huán)，最后72℃ 10min延伸補(bǔ)齊。提取和擴(kuò)增都設(shè)空白對(duì)照，并用1%的瓊脂糖電泳檢測(cè)。擴(kuò)增產(chǎn)物用WizardTM PCR Preps DNA 純化試劑盒（Promega公司）純化，然后在ABI 377基因分析儀上進(jìn)行雙向測(cè)序。測(cè)序分析由北京諾賽公司和上海生工公司完成。DNA序列已全部登錄在GenBank中。 1.3 序列分析 用Clustal W程序（Thompson et al，1997）對(duì)DNA序列進(jìn)行對(duì)位排列，并經(jīng)人工仔細(xì)核查。然后用DnaSP4.0（Rozas et al，2003）確定變異位點(diǎn)和遺傳分化（χ2）；用MEGA4.0軟件（Tamura et al，2007）計(jì)算堿基組成。采用Modeltest 3.0（Posada & Crandall，1998）計(jì)算最優(yōu)分析模型，再用Arlequin2.0（Schneider et al，2002）分析遺傳距離。采用最大似然法Maximum likelihood tree（ML，Strimmer & Haeseler，1996）重建系統(tǒng)發(fā)生樹，并用自舉檢驗(yàn)（BP，F(xiàn)elsenstein，1985）計(jì)算系統(tǒng)樹中結(jié)點(diǎn)的置信值。 2、結(jié)果 用Clustal W軟件進(jìn)行對(duì)位排列和剪切對(duì)齊后，共得到雉科15屬鳥類線粒體DNA控制區(qū)同源序列1070bp，平均堿基含量是24.8%A，33.3%T，15.3%G和26.6% C，A和T的含量超過50%，這與mtDNA控制區(qū)是“A和T豐富區(qū)”一致。序列比對(duì)共發(fā)現(xiàn)376個(gè)變異位點(diǎn)，其中簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)345個(gè)，占序列長(zhǎng)度的32.24%。15個(gè)屬的遺傳分化極其顯著（χ2= 910.000，p<0.001）。 用Modeltest 3.0分析得出最優(yōu)分析模型TrN+I+G（-lnL=11506.10），根據(jù)此模型構(gòu)建最大似然樹。系統(tǒng)樹上主要分支的支持率都超50%。在系統(tǒng)發(fā)生樹中，15個(gè)屬聚成兩支A和B（BP=100%）。兩者之間的遺傳距離是0.160。15個(gè)屬間遺傳距離最小的是錦雞屬和雉屬（Phasianus），僅0.067；最大的是山鶉屬和竹雞屬（Bambusicola），達(dá)0.181，是前者的近三倍。 分支A僅包括山鶉屬；分支B包含其它14個(gè)屬，又可分為3個(gè)亞支（B1，B2和B3）。馬雞屬、鷴屬（Lophura）、雉屬、錦雞屬、長(zhǎng)尾雉屬（Syrmaticus）和勺雞屬（Pucrasia）屬于一個(gè)亞支B1；另一個(gè)亞支B2包括角雉屬（Tragopan）、血雉屬、雉鶉屬和虹雉屬（Lophophorus）；B3則包括原雞屬（Gallus）、竹雞屬和鵪鶉屬（Coturnix）。從聚類關(guān)系可以看出，馬雞屬、錦雞屬、雉鶉屬和血雉屬的近緣屬分別是鷴屬、雉屬、虹雉屬和角雉屬，它們間的遺傳距離分別是0.070、0.067、0.078和0.086。 3、討論 屬是分類學(xué)研究中的一個(gè)重要分類階元，它是指關(guān)系密切的種的集合。屬作為進(jìn)化的單位，可以從遺傳和系統(tǒng)發(fā)生等方面進(jìn)行分析。屬級(jí)單位的遺傳可以從宏觀和微觀兩方面測(cè)度，宏觀上是指形態(tài)相似性，這是傳統(tǒng)分類研究的主要依據(jù)；微觀上則以遺傳標(biāo)記如物種間蛋白質(zhì)的比較、染色體的比較、核酸的比較來識(shí)別遺傳差異，這是分子系統(tǒng)學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容（江建平和周開亞，2001）。本文研究了雉科15個(gè)屬之間mtDNA控制區(qū)基因的遺傳距離，各屬內(nèi)物種間的遺傳距離明顯小于各屬與屬之間的遺傳距離，表明這些屬是不同的遺傳單位，與形態(tài)一致。 山鶉屬的分類地位一直存在爭(zhēng)議（Kimball et al，1999；文隴英等，2005）。傳統(tǒng)上，根據(jù)形態(tài)特征山鶉被認(rèn)為是鶉類（鄭作新，1978），但Randi et al（1991）用多位點(diǎn)蛋白電泳技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)它與齒鶉屬（Colinus）、石雞屬（Alectoris）的關(guān)系較遠(yuǎn)，而與環(huán)頸雉（Phasianus colchicus）更近，認(rèn)為山鶉屬于“小雉”（small pheasant）。文隴英等（2005）用線粒體DNA細(xì)胞色素b基因研究認(rèn)為斑翅山鶉（Perdix dauuricae）是雉類。也有一些人發(fā)現(xiàn)山鶉屬與珠雞屬（Meleagris）是近緣屬（Pereira & Baker，2006；Lucchini & Randi，1999；Crowe et al，2006），但山鶉和珠雞的形態(tài)、行為特征和地理分布差異非常大。最近Kriegs et al（2007）認(rèn)為山鶉和錦雞是近緣類群。線粒體DNA控制區(qū)基因數(shù)據(jù)表明斑翅山鶉和灰山鶉（Perdix perdix）單獨(dú)聚成一支A，可見山鶉不屬于鶉類，而可能是雉科鳥類的祖先類群。 有關(guān)雉科鳥類的分子系統(tǒng)發(fā)生研究非常多（Kimball et al，1999；Armstrong et al，2001；Dimcheff et al，2002；Dyke et al，2003；Pereira & Baker，2006；Crowe et al，2006；Kimball & Braun，2008；包新康等，2008），但結(jié)果差異很大，原因是多方面的。首先是方法存在差異，如遺傳標(biāo)記不一樣；其次是鳥類中雜交非常普通，特別是雞形目鳥類中有近20%的種類間可以雜交（Grant & Grant，1992），而且其屬間鳥類也可以雜交（Peterle，1951；Grant & Grant，1992）。這對(duì)重建雉科鳥類系統(tǒng)發(fā)生樹帶來了很大困難（Grant & Grant，1992）。 線粒體DNA控制區(qū)基因支持馬雞屬、鷴屬、雉屬和錦雞屬是一個(gè)進(jìn)化支，這與其形態(tài)和行為特征一致。這4個(gè)屬是典型的雉類（鄭作新，1978）。這些屬兩性異型，雄鳥都有長(zhǎng)尾和羽冠。行為上，這些鳥類都是一雄多雌，雄鳥不孵育后代。很多研究都支持錦雞屬和雉屬是近緣屬（Lucchini & Randi，1999；Kimball & Braun，2008），我們的結(jié)果與其一致，但一些研究也發(fā)現(xiàn)雉屬與長(zhǎng)尾雉聚在一起（Bush & Strobeck，2003；Crowe et al，2006）。 在系統(tǒng)發(fā)生樹上，角雉屬、血雉屬、雉鶉屬和虹雉屬聚成一個(gè)亞支，其中雉鶉屬與虹雉屬、角雉屬與血雉屬分別聚在一起，這與其形態(tài)特征不一致。雉鶉和血雉是兩性同型，被認(rèn)為是鶉類；而虹雉和角雉是兩性異型，被認(rèn)為是雉類（鄭作新，1978）。Kimball et al（1999）認(rèn)為“雉”和“鶉”兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可能僅適用于雞形目鳥類的行為和形態(tài)特征，并不能反應(yīng)它們的進(jìn)化歷史。表型是基因型與環(huán)境相互作用的產(chǎn)物，親緣關(guān)系相近的類群，在不同環(huán)境條件下發(fā)育，可能出現(xiàn)顯著的表型差異，給分類和譜系分析帶來很多困難和不確定性（Zhang，1998）。 鳥類線粒體DNA的分子鐘一直存在較大爭(zhēng)議。由于動(dòng)物線粒體DNA控制區(qū)各區(qū)變異速率不同，很難給定一個(gè)準(zhǔn)確而恒定的分子進(jìn)化速率（Loewe & Scherer，1997）。我們借用石雞（Alectoris chukar）和大石雞（A. magna）mtDNA控制區(qū)同源序列的進(jìn)化速率來計(jì)算分歧時(shí)間。兩種石雞的分歧時(shí)間是1.90百萬(wàn)年（Randi，1996；Randi & Lucchini，1998），兩種石雞的遺傳距離為0.038，其進(jìn)化速率是1.63%/百萬(wàn)年。依此速率計(jì)算，4個(gè)特有屬與近緣屬鳥類的分歧時(shí)間大約在4.00～5.00百萬(wàn)年以前，對(duì)應(yīng)于上新世。我們共分析了15個(gè)屬30個(gè)種，屬間的平均遺傳距離是0.129，錦雞屬和雉屬間的最小，0.067；山鶉屬和珠雞屬的最大，0.181。種間的平均遺傳距離是0.046，白頸長(zhǎng)尾雉和黑頸長(zhǎng)尾雉的最小，0.020；黃腹角雉和紅胸角雉的最大，0.066。一個(gè)令人驚奇的結(jié)果是藍(lán)馬雞和褐馬雞間遺傳距離僅0.0024；吳愛平等（2005）和Bush & Strobeck（2003）還發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)種具有相同的線粒體DNA細(xì)胞色素b基因。是因?yàn)殡s交還是其他原因值得研究。根據(jù)分子鐘計(jì)算，雉科鳥類屬間和種間的分歧進(jìn)化主要發(fā)生在上新世中期和更新世，這與雞形目松雞科的類似（Lucchini et al，2001）。更新世冰期間冰期的交替發(fā)生被認(rèn)為在引起雉科鳥類物種形成方面起了重要作用（Randi，1996；Randi et al，2000）。我國(guó)雉科鳥類的進(jìn)化可能受喜馬拉雅山隆升和更新世氣候變化的影響（Randi et al， 2000； Lei & Lu，2006；劉迺發(fā)和黃族豪，2007）。 在我國(guó)西南山地發(fā)現(xiàn)馬雞屬和錦雞屬更新世化石（Wetmore，1934）。西南地區(qū)地形復(fù)雜，氣候多樣，普遍認(rèn)為該地區(qū)是許多動(dòng)物的分布中心、起源地和冰期避難所，特別是許多雉科鳥類的起源地（Johnsgard，1999）。這個(gè)地區(qū)是我國(guó)雉科4個(gè)特有屬的分布中心。上新世以前，它們可能廣泛分布印度大陸和我國(guó)西南部和南部。到上新世時(shí)，其祖先種群被隔離在不同山地，形成不同屬。4個(gè)屬外形差異明顯可能是適應(yīng)輻射的結(jié)果。根據(jù)分子系統(tǒng)發(fā)生、化石和地理分布，4個(gè)屬可能起源于我國(guó)西南山地。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：通過用PCR-直接測(cè)序的方法，以mtDNA控制區(qū)基因?yàn)檫z傳標(biāo)記，研究我國(guó)雉科4個(gè)特有屬的系統(tǒng)發(fā)生并探討其物種起源。 基本思路：①取樣：在野外或動(dòng)物園收集樣品。②DNA提取及測(cè)序：采用乙醇沉淀法提取總DNA，利用PCR-直接測(cè)序的方法進(jìn)行測(cè)序，并從GenBank下載部分種類的同源序列。③序列分析：利用分子生物學(xué)軟件進(jìn)行序列分析，計(jì)算變異位點(diǎn)和遺傳距離等參數(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 分子生物學(xué)已經(jīng)成為研究動(dòng)物分類和系統(tǒng)進(jìn)化必不可少的技術(shù)手段。雖然雉科鳥類的分子系統(tǒng)發(fā)生研究比較多，但一些屬的分類地位一直存在爭(zhēng)議，有關(guān)我國(guó)4個(gè)特有屬的系統(tǒng)發(fā)生未見系統(tǒng)研究。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 雉科鳥類擁有眾多著名的珍稀瀕危鳥類，具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研價(jià)值。本文用PCR-直接測(cè)序的方法，從分子水平研究我國(guó)雉科特有屬的分子系統(tǒng)發(fā)生，為我國(guó)雉科鳥類的系統(tǒng)發(fā)生和起源進(jìn)化提供了分子證據(jù)。 特有類群對(duì)評(píng)估生物多樣性非常重要。在保護(hù)生物學(xué)中特有類群應(yīng)該優(yōu)先選擇，并且要重點(diǎn)考慮特有類群的進(jìn)化歷史（雷富民和盧汰春，2006）。因此本文的研究同時(shí)可以為我國(guó)雉科鳥類的保護(hù)提供依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了研究我國(guó)雉科（Phasianidae）4個(gè)特有屬（雉鶉屬（Tetraophasis）、血雉屬（Ithaginis）、馬雞屬（Crossoptilon）和錦雞屬（Chrysolophus））的系統(tǒng)發(fā)生，本文用PCR-直接測(cè)序的方法分析我國(guó)雉科15個(gè)屬鳥類線粒體DNA控制區(qū)1070bp序列，共發(fā)現(xiàn)376個(gè)變異位點(diǎn)，其中簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)345個(gè)。15個(gè)屬間，錦雞屬和雉屬的遺傳距離最小，0.067；山鶉屬和竹雞屬間的最大，0.181。所有的屬在系統(tǒng)發(fā)生樹聚成兩個(gè)明顯的分支，其中山鶉屬為單獨(dú)一支。4個(gè)特有屬的近緣屬分別是虹雉屬、角雉屬、鷴屬和雉屬，根據(jù)分子鐘計(jì)算，它們大約在4.00～5.00百萬(wàn)年前分歧進(jìn)化。根據(jù)化石和地理分布，這些特有屬可能起源于我國(guó)西南山地。
獲獎(jiǎng)情況
- 1. 鳥類線粒體DNA控制區(qū)研究進(jìn)展. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(8):3427-3428. 2. 2009. 動(dòng)物線粒體基因組大小研究進(jìn)展. 四川動(dòng)物(accepted).
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
- 1．鄭作新. 1978. 中國(guó)動(dòng)物志鳥綱第四卷—雞形目. 北京:科學(xué)出版社. 2．包新康, 劉迺發(fā),顧海軍,周曉雯. 2008. 雞形目鳥類系統(tǒng)發(fā)生研究現(xiàn)狀. 動(dòng)物分類學(xué)報(bào), 33(4):720-732. 3. 黃族豪,龍進(jìn),張立勛,劉重斌,劉迺發(fā). 2006. 從線粒體DNA控制區(qū)探討紅腹錦雞和白腹錦雞的分類關(guān)系. 江西師范大學(xué)學(xué)報(bào),30(1): 91-94. 4. Huang ZH, Liu NF, Luo SX, Long J. 2007. Phylogeography of rusty-necklaced partridge (Alectoris magna) in northwestern China. Molecular Phylogenetics and Evolution, 43:379-385. 5. Kimball RT, Braun EL, Zwartjes PW, Crowe TM, Ligon JD. 1999. A molecular phylogeny of the pheasants and partridges suggests that these lineages are not monophyletic. Molecular Phylogenetics and Evolution, 11:38-54. 6. Randi E, Lucchini V. 1998. Organization and evolution of the mitochondrial DNA control region in the avian genus Alectoris. Journal of Molecular Evolution, 47:449-462. 7. Bush KL, Strobeck C. 2003. Phylogenetic relationships of the Phasianidae reveals possible non-pheasant taxa. Journal of Heredity, 94:472-489.
同類課題研究水平概述
- 我國(guó)雉科鳥類共有4個(gè)特有屬：雉鶉屬、血雉屬、馬雞屬和錦雞屬（雷富民和盧汰春，2006）。有關(guān)這些屬的分類地位一直存在一些爭(zhēng)議。雉鶉屬和血雉屬鳥類都是兩性同型，羽毛顏色暗淡，屬于鶉類；根據(jù)形態(tài)和行為特征，馬雞屬和錦雞屬被認(rèn)為是典型的雉類（鄭作新，1978）。然而，一些分子生物學(xué)研究（如線粒體DNA 細(xì)胞色素b基因）并不完全支持這些結(jié)論（Kimball et al，1999；Crowe et al，2006）。雉科鳥類的分子系統(tǒng)發(fā)生研究非常多（Kimball et al，1999；Kimball et al，2001；Dimcheff et al，2002；Bush & Strobeck，2003；Dyke et al，2003；Crowe et al，2006；Pereira & Baker，2006；Kaiser et al，2007；Kriegs et al，2007；Kimball & Braun，2008；Meng et al，2008），但結(jié)果不盡相同。Kimball and Braun（2008）指出雉科許多屬的分類地位存在疑問。有關(guān)中國(guó)4個(gè)特有屬的系統(tǒng)發(fā)生未見系統(tǒng)研究，特別是雉鶉屬的很少（Meng et al，2008）。 分子生物學(xué)已經(jīng)成為研究動(dòng)物分類和系統(tǒng)進(jìn)化必不可少的技術(shù)手段（Avise，1994）。特別是PCR和DNA測(cè)序技術(shù)，利用DNA序列分析動(dòng)物的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系已成為進(jìn)化研究的主流手段（韓德民等，2001）。鳥類mtDNA具有母系遺傳特性，進(jìn)化速率非?？?，約是單拷貝核DNA（ScnDNA）的5-10倍（Brown et al，1979），尤其是控制區(qū)（D-loop）是非編碼基因區(qū)，在進(jìn)化過程中受環(huán)境的選擇壓力小，表現(xiàn)出更大的變異，是研究種系發(fā)生非常有效的分子標(biāo)記，在鳥類的分類中已有很多研究和報(bào)道（李慶偉和馬飛，2007；Randi & Lucchini，1998；Kimball et al，1999； Randi et al，2000； Huang et al，2006；Crowe et al，2006）。近年來，利用mtDNA基因序列探討分類問題已成為分類學(xué)中的一種常用方法，該方法通過比較不同類群的同源DNA，重建分子系統(tǒng)樹，探討類群間的分類地位和系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系（Avise，1994）。
