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多倍化是指通过基因组倍增的方式快速增加遗传物质,这种染色体水平上的倍增在自然界的主要类群中都有发生,基因组复制导致的遗传物质倍增为脊椎动物的快速辐射进化提供了丰富的遗传物质基础,为产生新性状以及占领新的生态位提供了可能。基因组重复是驱动脊椎动物进化的一个重要的动力,目前认为多倍化事件对脊椎动物的演化及适应新机制有重要贡献,可能对鲤科鱼类物种的多样性及广泛的适应辐射具有重要意义；近年来对鲤科鱼类系统发育关系的研究以及多倍体在系统发育树上位置分布表明鲃系(series Barbini)鱼类可能出现多次基因组加倍现象。研究该类群的多倍化机制对了解其适应辐射以及在多倍化后导致的遗传物质倍增对脊椎动物演化的贡献和影响是十分有意义的。鲃系隶属于鲤科,包括裂腹鱼亚科(Schizothoracinae),鱼巴亚科(Barbinae),鲤亚科(Cyprininae)和野鲮亚科(Labeoninae)。该类群具有生态系统及中国鱼类养殖重要性,然而至今鲤科鱼类内部系统发育关系并未达成一致的共识；由于多倍化导致的基因重复也使该类群的系统发育研究变得困难。为研究重要功能基因在基因组重复发生早期时的演化命运和从多倍化角度探讨鲃系鲤科鱼类系统发育关系及其多倍化起源问题。本研究选取了鲃亚科6属8物种、鲤亚科3属7物种、野鲮亚科4属4物种、裂腹鱼亚科1属1物种作为研究材料,选取了功能保守的GH基因、GHR基因、Keratin typeⅠ基因、RAG1重组活化基因作为遗传标记,以斑马鱼和马口鱼作为鲃系鱼类系统发育分析中的外群,对多倍化鲤科鲃系鱼类的系统发育关系及多倍化机制进行了探讨,通过分子克隆的方法发现各基因在鲃系鱼类中均具有多个基因拷贝数,序列分析表明,得到的各拷贝基因序列除个别外都能顺利翻译成蛋白。
我们根据特有的核苷酸变异位点对各基因克隆得到的基因拷贝序列进行了手工的拷贝划分,并做了遗传距离的分析以确认拷贝划分的科学性；我们从每个拷贝中选取了一条能够代表该拷贝序列特征的序列用于系统发育分析,我们的研究结果显示:
一、小鲃属是鲃亚科中较为原始的类群。
二、四须鲃属部分物种发生过一次同源多倍化,结鱼属部分物种是异源多倍化起源的。
三、大约在10.57 MYA到7.57 MYA,一个与野鲮亚科物种亲缘关系较近的物种同另外一个与长臀鲃属、四须鲃属的共同祖先物种通过杂交并发生了异源多倍化,并在之后形成现生的原鲤属及鲤属鱼类；在5.6 MYA到3.45MYA左右,一个与野鲮亚科物种亲缘关系较近的物种,同另外一个与长臀鳃属、四须鲃属的共同祖先物种互为姊妹群的物种通过杂交并发生了异源多倍化,并在之后形成现生的鲫鱼鱼类的祖先,并且在4 MYA左右到现今,鲫属鱼类又发生过多次多倍化事件。
我们对异源多倍化的鲫属、鲤属RAG1和GH基因的不同拷贝做了选择压力的分析,结果表明在同一个个体不同的拷贝间存在氨基酸序列的差异性以及选择压力的差异。
本研究表明:鲤科鲃系类群不但存在多次多倍化事件,而且包含不同的多倍化机制,其如何贡献于鲤科鲃系的演化有待于进一步验证。