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车静课题组在树蛙科系统发育和进化研究方面取得新进展
2020-03-24 来源:两栖爬行类多样性与进化研究组 作者:陈进民
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  稳健的系统发育假说是生物多样性和进化研究的基础,其对于解决分类争议,理解演化历程和解析分化模式至关重要。树蛙科(Rhacophoridae)隶属于两栖纲Amphibia、无尾目Anura,多样性丰富,目前已描述有约19个属420个物种,广泛分布于东亚、东南亚、南亚和非洲地区。该类群表现出多样的性状差异,因此,该科在生物学的诸多领域受到广泛关注,是验证进化假说的理想材料。近些年,基于传统DNA基因片段数据,树蛙科的系统发育研究取得了较大进展,但是,争议和冲突的地方仍然广泛存在,需深入的系统研究。另外,树蛙科有着两栖类中最为丰富的繁殖类型,那么,这些繁殖方式是如何演化的,以及与物种多样性分化的关系,目前并不清楚。

  为此,车静研究组与美国自然历史博物馆Elizabeth Prendini博士一起,联合国内外合作者收集了各大陆树蛙科主要代表类群物种,基于探针杂交富集的高通量测序方法,获得了352个核基因序列,对树蛙科进行了首次系统发育基因组学研究。分析显示,树蛙科主要支系间的关系得到很好解决(图1),解决了一些分类争议。基于时间树,我们重建了现生树蛙科的生物地理历程(图2)。分析显示现生树蛙科起源于亚洲内陆地区,时间点对应于始新世气候适宜时期,然后辐射到东南亚、南亚、喜马拉雅山和非洲。类似的时空演化模式在其他类群中也有被报道,提示这可能是一个共同模式。

  另外,树蛙科繁殖类型以有序的渐进的方式进行,演化方向是越来越摆脱对水体的依赖(图3)。水生繁殖方式是树蛙科最原始的繁殖特征,胶状繁殖方式是水生繁殖方式向陆生繁殖方式转变的过渡特性。不同的繁殖方式在进化上是保守的,完成树蛙科繁殖方式的转变持续约30 Ma,这与传统的“适应性辐射”模式不符。重要的是,繁殖方式的演化与物种多样性分布的不均匀紧密相关。分化速率与物种多样性成正比,越新出现的繁殖类型越陆地化,分化速率也越高(图4)。这些结果证实了:繁殖类型可能是一个关键性状,促进了树蛙科的多样性分化。

  本工作通过广泛的国际合作,使用新的技术和方法,提升了我们对物种多样性格局形成模式的认识。

  上述研究成果以“An integrative phylogenomic approach illuminates the evolutionary history of Old World tree frogs (Anura: Rhacophoridae)”为题,发表于Molecular Phylogenetics and Evolution(文章链接DOI: 10.1016/j.ympev.2019.106724),该论文第一作者为陈进民(昆明动物研究所助理研究员),Elizabeth Prendini(美国自然历史博物馆)和吴云鹤(昆明动物研究所博士研究生),通讯作者为车静研究员和西南林业大学副教授袁智勇。该工作在研究过程中得到了国家自然科学基金项目、中国科学院东南亚中心项目及国际伙伴计划等相关项目的大力支持。

   

  图1:基于352个核基因构建的树蛙科物种系统发育关系。

   

  图2:树蛙科物种的生物地理重建。

   

  图3:树蛙科物种繁殖方式的祖先性状重建。

   

  图4:树蛙科不同繁殖方式的分化速率比较。


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