《Animal Cells and Systems》:Genome-wide detection of fine-scale population stratification and long-distance dispersal of the Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis)
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本研究采用SLAF-seq技术对中韩六地120只中华绒螯蟹进行全基因组SNP分析,揭示了其与地理格局相关的精细种群遗传结构。研究发现韩国瑞山与中国温州种群共享独特遗传成分,推测源于近缘种杂交;同时通过9例遗传异常个体证实了黄海沿岸浮游幼虫阶段的长距离扩散现象。该研究为东亚地区中华绒螯蟹的种质资源管理(FST)、保护基因组学策略制定提供了关键数据支持。
材料与方法
样本采集与DNA提取
研究团队于2016-2022年间从中韩两国六个地点共采集204只中华绒螯蟹个体。通过形态学观察和COI条形码分析进行物种鉴定,分别采用酚-氯仿-异戊醇法和DNeasy试剂盒提取基因组DNA,并通过纳米滴度仪和琼脂糖凝胶电泳进行质量检测。
SLAF文库构建与基因分型
采用限制性内切酶HaeIII和Hpy166II进行基因组DNA酶切,通过片段筛选(364-464bp)构建SLAF文库,使用Illumina HiSeq平台进行双端测序。将测序数据比对至参考基因组(ASM2467909v1)后,通过GATK HaplotypeCaller进行变异检测,并采用随机伪单倍体策略解决低覆盖度问题。最终获得193,825个高质量SNP位点用于下游分析。
群体遗传分析
通过主成分分析(PCA)、ADMIXTURE聚类分析和FST统计量评估种群结构。采用f-统计量(f3/f4)量化群体间遗传漂变共享程度,使用500万bp区块刀切法计算标准误。
结果
基因组揭示的地理种群分层
PCA显示PC1有效区分瑞山-温州种群与其他群体(FST=0.060, p=4.00×10-4),PC2进一步分离两地个体。ADMIXTURE交叉验证支持K=2为最优模型,对应瑞山-温州集群与其他四地集群的分化。配对FST分析显示瑞山与温州群体分化程度最低(0.03-0.06),而瑞山与首尔群体间最高估值(0.123)因样本量限制未达显著水平。
瑞山-温州群体的独特遗传成分
f3统计量显示瑞山-温州配对在各类外群条件下均保持最高值(0.2390),显著高于其他群体配对(0.047),证实两地专属共享遗传成分。f4检验进一步表明瑞山与首尔群体的遗传亲和性显著强于温州(|Z|>4.1),排除简单遗传漂变解释,支持历史基因流或杂交渐渗假说。
长距离扩散的遗传证据
在120个个体中发现9例遗传异常个体(7.5%),其基因型与地理来源显著偏离:营口异常个体(Yingluo_o1)与韩国首尔群体重叠,提示跨黄海基因流;营口二号异常个体(Yingluo_o2)与利津异常个体(Lijin_o1)呈现南方遗传特征,暗示长江流域向北的扩散事件;镇江异常个体(Zhenjiang_o1)则显示与温州群体的遗传联系。
讨论
种群分化与幼虫扩散机制
微弱的种群分化(FST<0.06)与末次盛冰期后河流系统的地理隔离形成鲜明对比,支持浮游幼虫阶段维持基因流的假说。中华绒螯蟹幼虫在18°C、25‰盐度条件下可存活0.5-3个月,理论扩散距离达600公里,黄海季节性洋流反转与中尺度涡流为南北向扩散提供可能途径。
人类活动与自然扩散的交互作用
所有遗传异常个体均显示南向北扩散模式,与春季沿岸流方向相反,提示人类活动(养殖引种、船舶压载水)可能助推该过程。历史上该物种通过贸易船只入侵德国河流的案例,为人为扩散机制提供佐证。但异常个体占比有限(7.5%),表明自然扩散仍是塑造种群结构的主导力量。
杂交渐渗的进化意义
瑞山-温州共享成分可能源于与日本绒螯蟹(E. japonica)或合浦绒螯蟹(E. hepuensis)的古老杂交事件。近期基因组研究已证实中国南方存在三种绒螯蟹的基因渗入,韩国锦江流域亦有日本绒螯蟹共存记录,未来需通过跨物种基因组分析验证这一假说。
渔业管理启示
弱种群分化为跨流域种质补充提供遗传学基础,但瑞山(锦江流域)和温州(瓯江流域)需警惕杂交背景对本地遗传完整性的影响。建议建立基于SNP芯片的遗传监测体系,在增殖放流中优先选择FST值低的邻近群体,动态评估等位基因多样性、近交系数与祖先成分变化。