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文章信息
- 陈泽柠, 贺捷, 吴军, 江建平, 丁利, 王斌
- CHEN Zening, HE Jie, WU Jun, JIANG Jianping, DING Li, WANG Bin
- 重庆市城口县大巴山国家级自然保护区发现宁陕线形蛇与该物种的遗传分化分析
- Discovery of Stichophanes ningshaanensis in Dabashan National Nature Reserve, Chengkou County, Chongqing City, with Intraspecific Genetic Divergence of the Species
- 四川动物, 2019, 38(3): 249-255
- Sichuan Journal of Zoology, 2019, 38(3): 249-255
- 10.11984/j.issn.1000-7083.20180372
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文章历史
- 收稿日期: 2018-12-04
- 接受日期: 2019-03-13
2. 西南石油大学, 成都 610500;
3. 生态环境部南京环境科学研究所, 南京 210042
2. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;
3. Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Ecology and Environment, Nanjing 210042, China
原洪(1983)依据采自陕西省宁陕县火地塘的雄性和雌性成体标本各1号以及幼体标本1号而订立新种宁陕小头蛇Oligodon ningshaanensis Yuan, 1983, 将其归隶于游蛇科Colubridae小头蛇属Oligodon。李磊和梁刚(2007)用扫描电镜观察了该物种1雄1雌2号地模标本身体不同部位的微皮纹结构,发现其属于鳞片基部为纵向沟槽的“canaliculate”型,这与棋斑游蛇Natrix tessellat类似(Price,1982)。杨林森等(2009)报道在湖北省神农架国家级自然保护区海拔1 500~1 600 m处采集到该种。而肖文发(2009)报道该物种在紧邻神农架国家级自然保护区的重庆市五里坡国家级自然保护区有分布。Wang等(2014)通过形态比较、分子系统发育分析和捕食行为观察等对该物种的系统地位做了探讨,将该物种从小头蛇属中分出,订立线形蛇属Stichophanes,为单型属单型种。由于该物种野外种群数量小且难以发现,从命名至今,公开发表资料中,野外采集记录的标本仅7号(3号雄性、3号雌性和1号幼体),《中国脊椎动物红色名录》将其列为近危种(NT;蒋志刚等,2016),因此对该物种进行相关研究具有紧迫性和重要性。
2017年7月8日,在重庆市城口县大巴山国家级自然保护区开展生物多样性调查时,采集到1号疑似宁陕线形蛇的雌性成体标本。通过形态学比较和分子系统发育分析确定其分类地位,并进一步探讨该个体与同种不同地理种群间的分化水平,为该类群的系统学和保护生物学研究提供新的信息。
1 材料与方法 1.1 标本采集2017年7月8日16:00,在重庆市城口县大巴山国家级自然保护区高楠乡方斗坪(108.590 3°E,32.104 9°N,海拔1 950 m)采集到1号疑似宁陕线形蛇标本。该个体为成体雌蛇,横过马路时遭车辆碾压,所怀卵被轧出体外,发现并拍照时尚可轻微活动,约5 min后死亡。取其背部肌肉保存于95%乙醇溶液中用作DNA样本,标本浸泡于75%乙醇溶液中,保存于中国科学院成都生物研究所(标本号:CIB2017070802)。
1.2 形态鉴定与比较形态鉴定与比较依据原洪(1983)、赵尔宓(2006)和Wang等(2014)的记载。使用量尺(无锡锡工量具有限公司,精度0.01 mm)测量标本的头体长和尾长,并与原洪(1983)记录的3号标本和Wang等(2014)记录的10号标本(1号野外采集雌蛇,9号实验室孵化的幼蛇)进行比较。
1.3 总DNA提取、基因扩增与测序使用动物组织DNA提取试剂盒(TIANGEN)提取基因组DNA。PCR扩增线粒体细胞色素b (cyt b)基因和核基因oocyte maturation factor (cmos)片段,所用引物为L14910/H16064(cyt b基因,参考Burbrink et al., 2000)和S77/S78(cmos基因,参考Lawson et al., 2005)。PCR扩增条件和步骤参照Wang等(2014)。扩增产物纯化后交由生工生物工程(上海)股份有限公司在ABI3730测序仪上双向测序,测序引物同扩增引物。所得序列上传到GenBank(登录号:MH613781和MH613782)。
1.4 系统发育关系重建和遗传距离计算下载GenBank中目前仅有的2号宁陕线形蛇标本(标本号:CIB100191和CIB100192;Wang et al., 2014)的相应基因片段(表 1)。由于该物种具有相对独立的系统发育位置,参考Wang等(2014)构建的系统发育树,在每个近缘分支选取1个代表物种进行系统发育树的构建:三角斑水蛇Hydrops triangularis、密河泥蛇Farancia abacura、崇安斜鳞蛇Pseudoxenodon karlschmidti、黑链剑蛇Sibynophis subpunctatus、孟加拉眼镜蛇Naja kaouthia;并以瘰鳞蛇Acrochordus granulatus的相关基因片段作为外群(表 1)。序列比对在MEGA 7.0(Kumar et al., 2016)中进行。采用贝叶斯系统发育推理法(BI)和最大似然法(ML)基于线粒体cyt b基因和核基因cmos片段联合序列构建系统发育树。构建发育树前,利用Partitionfinder 2.1.1(Lanfear et al., 2012)基于贝叶斯信息准则(BIC)选择最适核苷酸替代模型,为cyt b和cmos序列数据所选最佳模型分别为TrN+G和HKY+G。利用MrBayes 3.2(Ronquist et al., 2012)及PhyML 7.0.4(Stamatakis,2006)分别进行BI和ML分析,并进行1 000次自举重抽样,检验各节点置信度。在TCS 1.2中,利用最大简约法构建单倍型网络图(Clement et al., 2000)探讨城口大巴山标本单倍型与其他地区宁陕线形蛇单倍型之间的关系。基于cyt b基因数据,利用MEGA中的非校正成对距离模型计算宁陕线形蛇种群间及其与近缘种间的遗传距离。
序号 ID | 标本号 Voucher number | 采集地/馆藏地 Locality or museum | 物种 Species | GenBank登录号 GenBank accession number | |
cyt b | cmos | ||||
1 | CIB100191 | 中国陕西省宁陕火地塘 | 宁陕线形蛇 Stichophanes ningshaanensis | KJ638715 | KJ638717 |
2 | CIB100192 | 中国湖北省神农架 | KJ638716 | KJ638718 | |
3 | CIB2017070802 | 中国重庆市城口大巴山 | MH613781 | MH613782 | |
4 | LSUMZH3105 | 美国路易斯安那州立大学 自然科学博物馆 | 三角斑水蛇 Hydrops triangularis | AF471039 | AF471158 |
5 | CAS184359 | 美国佛罗里达州 | 密河泥蛇 Farancia abacura | U69832 | KR814674 |
6 | ROM30627 | 越南 | 崇安斜鳞蛇 Pseudoxenodon karlschmidti | AF471080 | KX694816 |
7 | RAP0491 | 斯里兰卡 | 黑链剑蛇 Sibynophis subpunctatus | KC347471 | KC347411 |
8 | CAS206602 | 缅甸 | 孟加拉眼镜蛇 Naja kaouthia | AF217835 | AY058938 |
9 | — | 亚洲 | 瘰鳞蛇 Acrochordus granulatus | AF217841 | AF544706 |
比较城口大巴山标本CIB2017070802和文献所列游蛇科属种的形态鉴别特征,发现该标本与宁陕线形蛇形态相近,因此,从形态上(图 1)鉴定为宁陕线形蛇。
2.1.1 鳞被身体细长,圆柱形;头部椭圆形,中部宽,基部收窄,头颈部区分不明显。鼻鳞长,约为眼径的1.5倍,前端椭圆,后端尖。眼大,眼径大于眼睛下缘到口缘的距离,瞳孔圆,活体时为黑色。眶前鳞1,眶后鳞2,眶上鳞1,颞鳞1+2。上唇鳞5/5,第1枚长,后缘与眶前鳞接触;第2、3枚入眶;第4枚最大,与眶后鳞、颞鳞相切,相切处有黑色斑纹。下唇鳞6/6,第1对左右相互接触;第2、3、4对与颌鳞接触;具颌沟,颌沟后缘有1枚鳞片(图 1)。
背鳞光滑,不起棱,通体13行;腹鳞165枚;肛鳞2分;尾下鳞61对,交错排列,最后1对融合成1枚。
2.1.2 色斑体背整体黄棕色,在左右两侧第2、3行背鳞间具1条黑色纵纹,从颈部起一直延伸至尾端(图 1:a);腹鳞黄色,从第4枚腹鳞开始,每枚腹鳞前端均有1黑色斑纹,一直延伸到肛鳞,形成1行断续的黑色纵线(图 1:b);尾下鳞灰色,与腹鳞颜色区分明显,除左第5、6、7、9枚和右第2~6枚具黑色斑纹,其余无黑色斑纹,仅在每枚鳞片后缘散有隐约可见的淡黑色大理石纹,尾尖有1白点;顶鳞、额鳞以及眶上鳞有黑色斑纹(图 1:c);颈部脊鳞具1道黑色纵纹,从顶鳞开始一直向后延伸约16枚脊鳞,颜色由深变浅。
城口大巴山标本与宁陕线形蛇其他种群标本在个别形态特征上也存在差异(表 2)。城口大巴山雌蛇标本全长638 mm,略短于宁陕火地塘雌蛇(标本号810200,655 mm);上唇鳞数量为5/5,左右侧均是第2、3枚入眶,宁陕火地塘和湖北神农架种群标本的上唇鳞数量为6/6,左右侧均是第3、4枚入眶;第1枚上唇鳞的位置对应其他种群标本的第1枚和第2枚上唇鳞的位置;尾下鳞数量为61对,而其他种群标本的尾下鳞数量大于64对。
参数 Parameter | 标本号 Voucher number | ||||
CIB2017070802 | 810218 | 810200 | 810166 | CIB100191~CIB100200 | |
采集地 | 城口大巴山 | 宁陕火地塘 | 宁陕火地塘 | 宁陕火地塘 | 宁陕火地塘和湖北神农架 |
海拔/m | 1 960 | 1 650 | 1 650 | 1 400 | 1 550~2 022 |
性别 | 雌 | 雄 | 雌 | 不详 | 1雌(9号不详) |
全长/mm | 638 | 620 | 655 | 179 | — |
尾长/mm | 135 | 63* | 42* | 4.2* | — |
尾长/全长 | 0.21 | 0.10* | 0.06* | 0.023* | 0.21~0.27 |
背鳞 | 13-13-13 | 13-13-13 | 13-13-13 | 13-13-13 | 13-13-13 |
腹鳞 | 165 | 163 | 163 | 170 | 159~170 |
尾下鳞 | 61 | 66 | 64 | 73 | 64~73 |
眶前鳞 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
眶后鳞 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
颞鳞 | 1+2 | 1+2 | 1+2 | 1+2 | 1+2 |
鼻间鳞 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
颊鳞 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
上唇鳞(第几枚入眶) | 1-2-2(2、3) | 2-2-2(3、4) | 2-2-2(3、4) | 2-2-2(3、4) | 2-2-2 |
下唇鳞(第几枚最大) | 6(3) | 6(4) | 6(4) | 6(4) | 6 |
腹部黑色纵线 | 有 | 有 | 无* | — | 雌雄均有 |
背鳞色 | 棕色 | 棕绿色 | 棕绿色 | 棕绿色 | 雄性:橄榄-棕色,雌性:焦黄色 |
腹鳞色 | 灰黄色/灰色 | 灰黄色 | 灰黄色/灰色 | — | 灰黄色/灰色 |
数据来源 | 本研究 | 原洪,1983 | 原洪,1983 | 原洪,1983 | Wang et al., 2014 |
注:* 文献记录数据存疑,因模式标本已经遗失 Note:* doubtful data in reference due to the loss of holotype |
BI树和ML树显示,城口大巴山标本(H1)与宁陕火地塘的宁陕线形蛇地模标本(H2)和湖北神农架标本(H3)聚为一单系(支持率为100%),其中,宁陕火地塘标本首先与湖北神农架的标本聚为一支(posterior probability=70%;bootstrap parsimony=64%),而后与城口大巴山标本聚在一起(图 2:a)。在cmos基因上,城口大巴山标本与宁陕线形蛇其他地区标本共享1个单倍型,而在cyt b基因上,它们各自有1个单倍型。因此,只构建了基于cyt b基因的单倍型网络图(图 2:b)。结果表明,城口大巴山单倍型与湖北神农架标本单倍型之间有1个突变、与模式产地宁陕火地塘之间有9个突变。基于cyt b基因片段估算的遗传距离表明,城口大巴山标本与湖北神农架标本间的遗传距离最近(0.001),与模式产地宁陕火地塘标本的遗传距离为0.009,而湖北神农架标本和模式产地宁陕火地塘标本的遗传距离为0.008,远小于本种与其他近缘物种之间的遗传距离(0.174~0.292;表 3)。
序号ID | 物种Species | 采集地/馆藏地 Locality or museum | 遗传距离Genetic distance | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||
1 | 宁陕线形蛇 Stichophanes ningshaanensis | 中国湖北省神农架 | ||||||||
2 | 中国陕西省宁陕火地塘 | 0.008 | ||||||||
3 | 中国重庆市城口大巴山 | 0.001 | 0.009 | |||||||
4 | 三角斑水蛇 Hydrops triangularis | 美国路易斯安那州立大学 自然科学博物馆 | 0.192 | 0.199 | 0.191 | |||||
5 | 密河泥蛇 Farancia abacura | 美国佛罗里达州 | 0.174 | 0.181 | 0.174 | 0.176 | ||||
6 | 崇安斜鳞蛇 Pseudoxenodon karlschmidti | 越南 | 0.259 | 0.268 | 0.259 | 0.231 | 0.231 | |||
7 | 黑链剑蛇 Sibynophis subpunctatus | 斯里兰卡 | 0.226 | 0.231 | 0.226 | 0.226 | 0.214 | 0.251 | ||
8 | 孟加拉眼镜蛇 Naja kaouthia | 缅甸 | 0.246 | 0.251 | 0.246 | 0.240 | 0.231 | 0.263 | 0.246 | |
9 | 瘰鳞蛇 Acrochordus granulatus | 亚洲 | 0.285 | 0.292 | 0.285 | 0.269 | 0.258 | 0.283 | 0.269 | 0.282 |
单倍型网络图和遗传距离结果与地理距离相对应,地理距离较近的种群具有较小的遗传距离和较少的突变(图 3)。
2.3 生境描述在城口县大巴山国家级自然保护区发现宁陕线形蛇的海拔为1 960 m,时间为16:00,天气晴,23 ℃,湿度65%,微风。该蛇穿越公路时被车辆碾压致死。该路段处于盘山公路翻山垭口下方,为新修近3年的水泥路,路宽约4 m,路的左侧为人工开辟的陡坡,坡下半部分的植被刚开始恢复,右侧为灌丛和次生林,坡度很大(图 4)。在该区域附近还发现菜花原矛头蝮Protobothrops jerdonii、大眼斜鳞蛇Pseudoxenodon macrops和颈槽蛇Rhabdophis nuchalis。
3 讨论宁陕线形蛇为中国特有种(Wang et al., 2014),此前报道该物种仅分布于陕西省宁陕县火地塘自然保护区(原洪,1983;Wang et al., 2014)、湖北省神农架国家级自然保护区(杨林森等,2009)和重庆市五里坡国家级自然保护区(肖文发,2009)。本研究发现该物种也分布于重庆市城口县大巴山国家级自然保护区。该分布点位于前期报道的3个分布点的中间,推测宁陕线形蛇在上述区域可能呈连续分布。
形态比较和分子系统发育分析的结果表明,宁陕线形蛇种群间存在分化。形态上,城口大巴山种群的上唇鳞数量为5/5,宁陕火地塘和湖北神农架种群为6/6,且城口大巴山种群尾下鳞数量为61对,少于其他2个种群(64~73对)。遗传方面,3个种群在cyt b基因上各自拥有1个单倍型,城口大巴山单倍型与湖北神农架单倍型之间有1个突变、与宁陕火地塘单倍型之间有9个突变。虽然这3个种群的遗传距离较小,但是共享单倍型的缺失显示他们之间可能存在地理隔离。地理隔离往往被认为是同一物种不同地理种群产生遗传分化的重要原因(Burbrink & Guiher,2015)。秦岭和大巴山横亘于陕西南部、四川北部以及重庆北部,是中国自然地理、气候及动物分布的重要分界线,秦岭-大巴山区的南北气候、动植物分布均有明显的差异(郑作新等,1962;胡淑琴等,1966)。宁陕线形蛇的宁陕火地塘种群位于秦岭,与位于大巴山的另外2个种群之间有显著的汉江盆地隔离,这可能是造成该种群与其他2个种群间有明显分化的重要原因。值得注意的是,尽管位于秦岭的宁陕火地塘种群在地理距离和遗传距离上与大巴山区域的2个种群较远,但系统发育分析却支持宁陕火地塘种群与湖北神农架种群的系统发育关系较近。可见,它们之间的亲缘关系及分化模式值得进一步研究。
胡淑琴, 赵尔宓, 刘承钊. 1966. 秦岭及大巴山地区两栖爬行动物调查报告[J]. 动物学报, 18(1): 57–92. |
蒋志刚, 江建平, 王跃招, 等. 2016. 中国脊椎动物红色名录[J]. 生物多样性, 24(5): 500–551. |
李磊, 梁刚. 2007. 宁陕小头蛇(Oligodon ningshaanensis)的微皮纹模式[J]. 西安文理学院学报(自然科学版), 10(3): 66–68. DOI:10.3969/j.issn.1008-5564.2007.03.015 |
肖文发. 2009. 重庆五里坡自然保护区生物多样性[M]. 北京: 中国林业出版社. |
杨林森, Kevin M, 廖明尧. 2009. 湖北神农架国家级自然保护区两栖爬行动物物种多样性[J]. 四川动物, 28(2): 286–291. |
原洪. 1983. 陕西小头蛇属一新种[J]. 两栖爬行动物学报, 2(2): 65–67. |
赵尔宓. 2006. 中国蛇类上[M]. 合肥: 安徽科学技术出版社. |
郑作新, 钱燕文, 关贯勋, 等. 1962. 秦岭、大巴山地区的鸟类区系调查研究[J]. 动物学报, 14(3): 361–380. |
Burbrink FT, Guiher TJ. 2015. Considering gene flow when using coalescent methods to delimit lineages of north American pitvipers of the genus Agkistrodon[J]. Zoological Journal of the Linnean Society, 173(2): 505–526. DOI:10.1111/zoj.2015.173.issue-2 |
Burbrink FT, Lawson R, Slowinski JB. 2000. Mitochondrial DNA phylogeography of the polytypic north American rat snake (Elaphe obsoleta):a critique of the subspecies concept[J]. Evolution, 54(6): 2107–2118. DOI:10.1111/evo.2000.54.issue-6 |
Clement M, Posada D, Crandall KA. 2000. TCS:a computer program to estimate gene genealogies[J]. Molecular Ecology, 9(10): 1657–1659. DOI:10.1046/j.1365-294x.2000.01020.x |
Kumar S, Stecher G, Tamura K. 2016. MEGA7:molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets[J]. Molecular Biology and Evolution, 33(7): 1870. DOI:10.1093/molbev/msw054 |
Lanfear R, Calcott B, Ho SY, et al. 2012. Partitionfinder:combined selection of partitioning schemes and substitution models for phylogenetic analyses[J]. Molecular Biology and Evolution, 29(6): 1695–1701. DOI:10.1093/molbev/mss020 |
Lawson R, Slowinski JB, Crother BI, et al. 2005. Phylogeny of the Colubroidea (Serpentes):new evidence from mitochondrial and nuclear genes[J]. Molecular Phylogenetics and Evolution, 37(2): 581–601. DOI:10.1016/j.ympev.2005.07.016 |
Price R. 1982. Dorsal snake scale microdermatoglyphics:ecological indicator or taxonomic tool?[J]. Journal of Herpetology, 16(3): 294–306. DOI:10.2307/1563721 |
Ronquist F, Teslenko M, Mark PVD, et al. 2012. MrBayes 3.2:effcient Bayesian phylogenetic inference and model choice across a large model space[J]. Systmatic Biology, 61(3): 539–542. DOI:10.1093/sysbio/sys029 |
Stamatakis A. 2006. RAxML-VI-HPC:maximum likelihood-based phylogenetic analyses with thousands of taxa and mixed models[M]. Oxford: Oxford University Press. |
Wang XH, Messenger K, Zhao EM, et al. 2014. Reclassification of Oligodon ningshaanensis Yuan, 1983 (Ophidia:Colubridae) into a new genus, Stichophanes gen. nov. with description on its malacophagous behavior[J]. Asian Herpetological Research, 5(3): 137–149. DOI:10.3724/SP.J.1245.2014.00137 |