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基于G1894核基因对海蛇分子系统学初步研究

2023-09-22 97 上传者：管理员

摘要：为研究海蛇亚科Hydrophiinae亲缘进化关系，本研究从GenBank网站获取30个物种的G1894基因序列，利用MEGA6.05软件计算遗传距离，采用最大似然法（ML）构建无根系统发育树。结果表明：剑尾海蛇属Aipysurus基本呈单系，只有食卵龟头海蛇Em. annulatus位于其中；真海蛇属Hydrophis呈单系；青环海蛇H. cyanocinctus与黑尾海蛇H.viperinus、细颈海蛇H. coggeri与兹韦费尔海蛇H. zweifeli、沙捞越海蛇H. brookii与斯里兰卡海蛇H. lapemoides 4对物种亲缘关系较近。得出结论：核基因建树法在眼镜蛇科中的运用，具有创新性；在海蛇亚科中，具有可行性；后期应尝试多基因联合建树，以建立有根树，增加说服力。仅从本研究看，平颏海蛇、长吻海蛇2个单属单种夹杂在真海蛇属分支中，建议归于真海蛇属并更新《中国动物志》。

关键词：
亲缘关系
分子系统学
核基因
海蛇
系统发育树
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自从分子系统学兴起以来，许多学者从科级分类水平对整个蛇类系统进行了探索。Parkinson C L[1]通过对蝮亚科蛇45个物种的12S rRNA和16S rRNA序列的分析后指出Protobothrops 3物种（P.elegans、P.tokarensis、P.f lavoviridis）形成单系而且该属可能是蝮亚科蛇中最古老的一支。Kraus F等[2]研究了蝮亚科蛇30个物种的ND4基因，并探讨了这些物种之间的系统学关系。郭鹏[3]通过分子系统学研究发现Makino S等[4]和Brattstrom B H[5]所定义的Trimeresurus(sensulato）不是单系，包含2个不同的类群。一类由树栖、卵胎生、具有微弱背棱的种类构成，包含26种；另外一类具有陆生、卵生、背棱强棱、半阴茎深分叉、远端为萼、这近端为刺等特点，包含16种。王湘君等[6]基于核基因RAG1对海蛇分子系统学进行初步研究，建立MrBayes系统聚类树，发现中国产的5个单属单种都应隶属于真海蛇属，海蛇的亲缘关系与地域关系不明显，建议RAG1基因与线粒体基因联合建树，并更新《中国动物志》。综合国内已有研究，发现前人暂无基于核基因G1894对海蛇进行分子系统学研究相关文献，所以本研究为该领域的创新研究，旨在是为我国蛇类系统学发展提供新的思路与方法。

1、材料与方法

1.1数据来源

本研究于GenBank网站选取30个海蛇物种的核基因G1894序列420 bp，见表1。

1.2建树方法

使用MEGA6.05软件中的Compute Pairwise Distances计算遗传距离；采用最大似然法（ML）构建分子系统树。

2、结果与分析

依据核基因G1894序列420 bp所进行研究的遗传距离和系统发育关系结果，见表2。

2.1遗传距离分析

长吻海蛇H.platuru与斯里兰卡海蛇H.lapemoides、松达斑海蛇H.obscurus、兰伯特海蛇H.lamberti、淡灰海蛇H.ornatus、厚尾海蛇H.pachycercos、孟加拉海蛇H.stricticolls 6个物种，斯里兰卡海蛇H.lapemoides与小头海蛇H.gracilis、环纹海蛇H.fasciatus、沙捞越海蛇H.brookii 3个物种，食卵龟头海蛇Em.annulatus与帝汶剑尾海蛇A.apraefrontalis、杜氏剑尾海蛇A.duboisii、摩西剑尾海蛇A.mosaicus 3个物种，细颈海蛇H.coggeri与青环海蛇H.cyanocinctus、兹韦费尔海蛇H.zweifeli2个物种，以及贝尔彻海蛇H.belcheri与兹韦费尔海蛇H.zweifeli、青环海蛇H.cyanocinctus与黑尾海蛇H.viperinus遗传距离均为0.002 5，亲缘关系较近。

表1基因序列表

表2 G1894基因的遗传距离

灰刺尾海蛇A.fusucs与黑尾海蛇H.viperinus之间遗传距离为0.038 4，亲缘关系最远。灰刺尾海蛇A.fusucs与南越海蛇H.parviceps、兹韦费尔海蛇H.zweifeli 2个物种，黑尾海蛇H.viperinus与埃杜西剑尾海蛇A.eydouxii、杆尾海蛇Ep.greyae 2个物种遗传距离均在0.035以上，亲缘关系较远。

2.2分子系统树分析

从分子树看，共形成9个大支，见图1。

第1大支中包括2个分支。第1分支中包括5个小支。第1小支包括3个物种，青环海蛇H.cyanocinctus和黑尾海蛇H.viperinus亲缘关系较近，二者与螺旋海蛇H.spiralis相聚。第2小支包括2个物种，分别是细颈海蛇H.coggeri、兹韦费尔海蛇H.zweifeli。前2小支相聚后与第3小支（仅有贝尔彻海蛇H.belcheri）相聚，前3小支相聚后与第4小支（仅有南越海蛇H.parviceps）相聚。前4小支相聚后与第5小支（仅有唐氏海蛇H.donaldi）相聚。

图1基于核基因G1894分子系统树

第2分支包括5个物种。淡灰海蛇H.ornatus和松达斑海蛇H.obscurus亲缘关系较近，二者与兰伯特海蛇H.lamberti相聚，三者与厚尾海蛇H.pachycercos相聚，四者与裂颏海蛇H.schistosus相聚。

第1小支与第2小支亲缘关系较近，二者与第3小支（仅包括贝尔彻海蛇H.belcheri）相聚，三者再与第4小支（仅包括南越海蛇H.parviceps）相聚，第5小支（仅包括唐氏海蛇H.donaldi）处于第1分支中较为原始的位置。

第1大支与第2大支（仅包括平颏海蛇H.curtus）亲缘关系最近，两者与第3大支（仅包括长吻海蛇H.platurus）相聚，三者再与第4大支（仅包括孟加拉海蛇H.stricticolls）相聚，四者再与第5大支（仅包括环纹海蛇H.fasciatus）相聚，五者再与第6大支（包括沙捞越海蛇H.brookii和斯里兰卡海蛇H.lapemoides）相聚，六者再与第7大支（仅包括小头海蛇H.gracilis）相聚，七者再与第8大支（仅包括黑头环纹海蛇H.atriceps）相聚，八者再与第9大支相聚。第9大支处于该分子树较为原始的位置。

第9大支包括5个分支，第1分支包括4个物种，橄榄剑尾海蛇A.laevis和灰刺尾海蛇A.fusucs亲缘关系较近，二者与摩西剑尾海蛇A.mosaicus相聚，食卵龟头海蛇Em.annulatus位于该分支最原始位置。第2分支仅有帝汶剑尾海蛇A.apraefrontalis和杜氏剑尾海蛇A.duboisii，第1分支和第2分支亲缘关系较近，二者再与第3分支（仅包括埃杜西剑尾海蛇A.eydouxii）相聚，三者再与第4分支（仅包括杆尾海蛇Ep.greyae）相聚，第5分支（仅包括异海蝰P.mertoni）位于该大支最原始位置。

因为暂时没有找到合适的外群，所以本研究建立的是无根树。

2.3小结

在本研究所选物种中，《中国动物志》记载的单属单种分别是平颏海蛇H.curtus和长吻海蛇H.platurus，但在分子树中可以看出其完全夹杂在真海蛇属中，建议将《中国动物志》中平颏海蛇Lapemis curtus和长吻海蛇Pelamis platurus更改命名为Hydrophis curtus和Hydrophis platurus。

在遗传距离表中，青环海蛇H.cyanocinctus和黑尾海蛇H.viperinus、细颈海蛇H.coggeri和兹韦费尔海蛇H.zweifeli、沙捞越海蛇H.brookii和斯里兰卡海蛇H.lapemoides 4对亲缘关系最近的物种也证明了分子树的准确性。本文仅以29个海蛇物种的核基因G1894序列为材料建立遗传距离表，所得结果有一定局限性，故后期将尝试增加更多海蛇物种以构建信息量更大的遗传距离表。

在G1894分子树中，剑尾海蛇属Aipysurus基本呈单系，只有食卵龟头海蛇Em.annulatus位于其中；而真海蛇属Hydrophis呈单系。有6对物种亲缘关系最近，分别是青环海蛇H.cyanocinctus和黑尾海蛇H.viperinus、细颈海蛇H.coggeri和兹韦费尔海蛇H.zweifeli、松达斑海蛇H.obscurus和淡灰海蛇H.ornatus、沙捞越海蛇H.brookii和斯里兰卡海蛇H.lapemoides、帝汶剑尾海蛇A.apraefrontalis和杜氏剑尾海蛇A.duboisii、灰刺尾海蛇A.fusucs和橄榄剑尾海蛇A.laevis。

3、讨论

3.1基于核基因G1894建树研究

Ukuwela K D B等[7,8,9,10]对24种海蛇的G1894核基因的单倍型进行研究，其中包括23种真海蛇属Hydrogen的23个物种和单属单种异海蝰P.mertoni。Sanders K L等[11]对22种真海蛇属Hydrogen物种的G1894核基因的单倍型进行研究。本课题是在前人的测序基础上进行分子系统学研究，已经对核基因建立分子系统树，但暂未找到合适的外群，只能建立无根树。虽然无根树较为灵活，能更好地反映分子进化的多样性和复杂性，但因为没有根节点作为时间参考，无法准确地推断不同物种之间的进化顺序和时间跨度，其无序性可能导致分析结果的不稳定性。故后期还将尝试与其他核基因或线粒体基因联合建树，以及寻找合适的外群。

3.2分子系统学在蛇类的应用

蛇类运用线粒体基因建树成果比较丰富。李敏等[12]利用线粒体细胞色素b基因全序列作为分子标记，分析了中国近海和陆架的花斑蛇鲻的遗传结构特征。与线粒体DNA相比，核基因由于包含有更加丰富的生物学信息，运用核基因序列或将核基因序列与线粒体基因序列相结合研究两栖爬行动物的系统发育正成为分子系统学领域的新的发展趋势[13]。

王湘君等[6]基于核基因RAG1在海蛇分子系统学初步研究，建立MrBayes系统聚类树结果显示，数据库中共包括2亚科6属41种的RAG1序列，系统发育树支持率不高，部分分支不清晰；中国产的5个单属单种都应隶属于真海蛇属，海蛇的亲缘关系与地域关系不明显。本研究观点与其有相似，在所构建的分子系统树中，单属单种夹杂在真海蛇属中，建议归于真海蛇属。

目前来说蛇的分子系统学在蛇亚目的运用中线粒体基因应用比较丰富，但是核基因应用比较少。HNF-1α、R35、RAG2、tyrosinase、BDNF在两栖爬行动物分子系统学研究的成果较为丰富[13]，但在NCBI上暂未找到足够多的海蛇序列支持相关研究，这也将是本课题进一步研究方向。

4、结论

本文所用核基因建树法在眼镜蛇科中的运用，具有创新性；在海蛇亚科中，具有可行性。本文所构建的分子系统树为无根树，后期应尝试多基因联合建树，建立有根树以提高说服力。青环海蛇H.cyanocinctus和黑尾海蛇H.viperinus、细颈海蛇H.coggeri和兹韦费尔海蛇H.zweifeli、沙捞越海蛇H.brookii和斯里兰卡海蛇H.lapemoides亲缘关系可能较近。本研究中，单属单种（平颏海蛇、长吻海蛇）夹杂在真海蛇属中，建议归于真海蛇属并更新《中国动物志》。

参考文献:

[3]郭鹏.广义竹叶青蛇属的分类及系统发育研究(蛇亚目:蝮亚科) [D].成都:四川大学,2005.

[6]王湘君,陈文,苏海英.基于核基因RAG1海蛇分子系统学初步研究[J].内江科技, 2021,42(12):105-107 ,28

[12]李敏,黄梓荣,许友伟,等.基于线粒体cytb序列的花斑蛇鲻种群遗传结构研究[J].南方水产科学,2019, 15(6):41-48.

[13]刘奎,陈卫.核基因在两栖爬行动物分子系统学中的研究进展[J].四川动物,2009,28(3):473-479.

基金资助:海南省自然科学基金高层次人才项目(321RC587);水产学海南省省级特色重点学科建设经费资助;海南热带海洋学院2023年大学生志愿者暑期“三下乡”社会实践活动立项共同资助;

文章来源:张越,王湘君,陈文等.基于G1894核基因对海蛇分子系统学初步研究[J].现代畜牧科技,2023(09):19-23.DOI:10.19369