基因流存在条件下棘胸蛙物种形成的基因组学研究

With the development of population genomics and advance of coalescent theory analytical methods, which are driven by the progress in high-throughput sequencing technologies, speciation with not completely geographical isolation has become a topic of major interest in the field of evolutionary biology research. Previous studies have shown that Quasipaa spinosa with cryptic species in adjacent distribution area, which makes Q.spinosa to be a good material to study the pattern of speciation. Our project targeted large scale cluster sampling in adjacent distribution area where with the cryptic species of Q. spinosa distributed, utilize a variety of molecular markers with different genetic background，combined with phylogeography and population genetics analysis method that based on coalescent theory, to determine distribution boundary and its distribution patterns of temporal and spatial gene flow of the three cryptic species in Q.spinosa. Use high-throughput sequencing technologies to find related genes and loci mutation of adaptive evolution from genome level, combined with a large number of field survey in morphology, to investigate the phenotypic differentiation , neutral evolution , the differentiation pattern of adaptive evolution genes in species. The results of research contribute to reveal the mechanism of speciation with gene flow in Q. spinosa.

高通量测序技术的进步带动的种群基因组学的发展和溯祖理论(coalescent theory)分析方法的完善, 使非完全地理隔离条件下的物种形成研究成为了进化生物学领域新的焦点。前期的研究表明，棘胸蛙存在分布区相邻的隐存种（cryptic species），这使得棘胸蛙成为研究该模式物种形成的好材料。项目通过棘胸蛙各隐存种分布区相邻区域的针对性大规模密集取样，利用各种不同遗传背景的分子标记，结合谱系地理学及基于溯祖理论的群体遗传学分析方法，确定棘胸蛙3个隐存种的分布边界及其基因流的时空分布规律；利用高通量测序技术从基因组水平寻找适应性进化相关基因及位点变异，结合大量的野外形态学调查，研究物种外在表型分化以及中性进化和适应性进化基因的分化模式，研究结果有助于阐明基因流存在条件下棘胸蛙的物种形成机制。

高通量测序技术的进步带动的种群基因组学的发展和溯祖理论(coalescent theory)分析方法的完善, 使非完全地理隔离条件下的物种形成研究成为了进化生物学领域新的焦点。本研究运用线粒体、核基因以及微卫星等多基因联合数据，同时结合野外及形态学数据分析，表明广西龙胜棘胸蛙（Quasipaa spinosa）在形态、分子方面差异均已达到种间分化水平，建议定为新种，并将其命名为龙胜棘胸蛙Q. longshengensis sp. nov.；在棘蛙胸属物种同域分布区采集棘胸蛙、棘腹蛙(Q. boulengeri)、棘侧蛙（Q. shini）等多个棘胸蛙属物种样本，利用线粒体基因与微卫星分子标记技术，研究发现棘胸蛙属物种之间存在广泛的单向或双向的基因渐渗；用PacBio单分子测序技术和染色质三维构想捕获（Hi-C）技术，首次成功组装了达到染色体水平的棘胸蛙基因组。组装的基因组总长度为2,839,292,578 bp。构建了蛙类系统演化树，发现棘胸蛙和高山倭蛙（Nanorana parkeri）共同祖先的分化时间大约在4100万年前。比较基因组分析发现棘胸蛙基因组有染色体断裂事件，这是蛙特异的染色体进化事件。群体分析结果表明，棘胸蛙可分为东部群体和西部群体，其中西部群体的多样性高于东部群体。随着棘胸蛙基因组的破译，为蛙类的生物学和遗传学提供了非常珍贵的信息资源。