新疆沙虎种群分化及谱系地理格局研究

Tectonic events and climate shifts have had a profound impact on shaping the current biodiversity over the world. It is a great scientific significance to understand how these historical events drive the genetic divergence of extant organisms. Teratoscincus przewalskii (Strauch, 1887), the small body-sized and sand-dwelling lizard, mainly distributed in Tarim Basin and its adjacent regions, including Junggar Basin, Hexi Corridor and western Badain Jaran Desert. The limited dispersal ability and high fidelity to its inhabited area (Gobi desert and sand dunes) of Teratoscincus przewalskii as well as the complicated geologic history in northwestern China make this lizard as an ideal candidate to explore the possible effects of past environmental changes on extant genetic pattern. In the present research, the we samples will be collected across the entire range of Teratoscincus przewalskii. Both mitochondrial DNA makers and nuclear DNA makers will be selected, integrated the environmental data to investigate the phylogeographic pattern and genetic divergence of Teratoscincus przewalskii. The phylogenetic-based phylogeographic analyses, the coalescent-based population genetic approaches, and ecological niche modeling will be employed to analyze the above-mentioned data. Our aims are: (1) to clarify the genetic pattern and reconstruct the evolutionary history of Teratoscincus przewalskii; (2) to explore the influence of the uplifts of Tianshan Mountain and/or the desertification of northwestern China on promoting the divergence of this species; (3) to investigate how Teratoscincus przewalskii have changed in response to geologic history and climatic shifts. The results of this study will provide a foundation to get further understanding the effects of geologic processes on shaping genetic pattern and evolutionary mechanism of biodiversity in northwestern China.

地质构造运动和气候变化对物种的地理分布和遗传分化有着深远的影响，研究这些历史事件如何塑造物种现今的分布格局有重要意义。新疆沙虎主要分布于塔里木盆地、准噶尔盆地、甘肃河西走廊以及内蒙古巴丹吉林沙漠西部。广泛的地理分布、分布区复杂的地质历史加之物种自身有限的扩散能力及对沙质栖息生境的高度依赖，使新疆沙虎成为研究环境变迁对种群分化和分布格局形成影响的理想对象。本项目拟通过广泛的地理采样，联合线粒体基因、核基因序列，结合地史资料、环境数据，整合多种分析方法来研究该物种的遗传分化和谱系地理格局，重建其演化历史，重点揭示天山的构造隆升、西北地区的荒漠化进程对新疆沙虎谱系地理格局的影响，探讨新疆沙虎对地质事件和气候变迁的响应，理解其地理分布格局及种群分化的历史成因。本项目研究结果可以为进一步研究该地区生物多样性分布格局的形成和演化机制奠定基础。

地质运动和气候变化对物种的分布和遗传分化有着深远的影响，研究历史事件如何塑造物种现今的分布格局对于理解生物多样性的形成过程有重要意义。广泛的地理分布、对栖息环境的高度依赖以及分布区复杂的地质历史使新疆沙虎成为研究环境变迁对物种分化和分布格局影响的良好素材。本研究采集了新疆沙虎51个居群449个个体，选取线粒体基因（COI、ND4-tRNALeu、Cytb）和核基因（PTPN12和PRLR）作为分子标记，联合多种分析方法对新疆沙虎的种群分化和谱系地理格局进行解析，结果表明：新疆沙虎在现有分布区内为一单系，且出现了较为近期的地理分化，分别形成了来自准噶尔盆地、哈密盆地以及部分阿拉善高原的Group A、来自塔里木盆地和敦煌盆地的Group B和来自阿拉善高原以及部分敦煌盆地的Group C。这种遗传结构也得到了单倍型网络图和分子变异等级分析的支持。分子钟分析的该种最近共同祖先起源于0.28 Ma（95%CI：0.15-0.39 Ma）。结合地史，这一时期天山山脉和北山的隆升可能成为重要的地理屏障而促进了新疆沙虎的分化，但因分化时间短，分支间存在不完全谱系分选现象。核基因分析中这种现象更为明显。各分支中广布的古老单倍型表明缺乏当代的基因流，天山山脉、北山的障碍作用持续至今。加入外群的网络图分析显示来自Group C的单倍型H30作为古老的共享单倍型，结合现有结果推测历史上该单倍型分别向南经敦煌盆地到达塔里木盆地以及向北继而向西进入准噶尔盆地和哈密盆地。晚更新世以来西北地区的荒漠化进程以及气候波动使得新疆沙虎种群动态随之发生变化：伴随着冷气候出现的沙漠范围的扩大促进了该种随之扩张，而全新世气候转暖沙漠范围收缩各分支呈现不同程度的收缩，这一结果也得到了生态位模拟的支持。新疆沙虎在适应本地环境时形成了大量的特有单倍型。同时，生态位模拟显示气候因素（降雨量和温度）作为重要的生态因子对该种的动态和分布产生影响。本研究为西北干旱区的环境变迁对本地生物多样性分布格局的形成和演化提供了新的案例支持。