基于转录组数据探讨报春花属物种网状进化的研究

Reconstructing the true evolutionary history is the core goal of evolutionary biology. Due to the existence of horizontal gene flows such as hybridization and introgression between species, phylogenetic trees may not accurately reflect the true evolutionary history of these species. Therefore, reticulate evolution has raised an increasing number of researchers' attention. However, we still lack understanding of the reticulate evolutionary events on ancient deep lineages. In recent years, with the advance of phylogenomic related methods, large-scale nuclear genes generated by RNA-seq were used to detect reticulate evolutionary events of ancestral lineages. That provided an effective way for understanding the evolution history of complex lineages. China is the diversity distribution center of the genus Primula, but it is not clear whether the main branches of this genus have a reticulate evolutionary pattern. In this project, we plan to collect about 70-80 Primula species, considering the previous works for phylogenetic signal heterogeneity, which represent all major lineages of the genus. Then we use transcriptome data to reconstruct the phylogenetic relationship. Based on the phylogenetic signal heterogeneity at the gene level, the potential reticular evolution events between the branches of each lineage are inferred. Then, we try to explore the relationship between reticular evolution and diversity formation with the information from the net diversification rate. Eventually, this project will help us understand the complexity of the history of rapidly-evolving lineages and provide an example for further related researches.

重现物种真实演化历史是进化生物学的核心目标。由于物种间存在杂交渐渗等横向遗传信息流，系统发育树无法准确反映这些物种的演化历史。因此，网状进化受到越来越多研究人员的重视。然而，我们对古老深层谱系间的网状进化事件仍缺乏了解。近年来，随着系统发育基因组学研究方法上的发展，利用转录组测序产生的大规模核基因来检测祖先谱系的网状进化事件成为可能，为研究复杂类群的演化历史提供了有效手段。我国是报春花属的多样性分布中心，但属下各主要分支是否存在网状进化式样并不清楚。本研究拟以报春花属为研究对象，根据前期工作提供的系统发育信号异质性线索，选取属下70-80个代表物种，使用转录组数据重建属下系统发育关系。并基于基因水平的系统发育信号异质性，推断各谱系分支间潜在的网状进化事件，进而结合物种分化速率，尝试探讨网状进化与多样性形成的关系。这项工作将有利于我们理解快速分化类群演化历史的复杂性，并为相关研究提供参考。

厘清快速辐射分化类群的进化历史一直以来是系统发育研究的重要挑战。随着高通量测序技术的进步和普及，成百上千的核基因被用于系统发育研究，有望彻底解决此类问题。然而，最近的研究发现，基因树之间存在大量的冲突，会误导系统发育分析，使真正的物种树的识别变得复杂。这些发现表明，各种复杂的进化过程可能参与了塑造物种形成的历史，包括不完全系分类（ILS）、杂交渐渗、基因复制和丢失等。虽然开发了复杂的模型和优化的方法来解读这些网状的进化机制。但在更多的辐射群体中，仍然缺乏对这种复杂遗传过程的全面分析。. 在本研究中，我们对长期以来被公认为快速辐射的报春花（Primula）进行了抽样调查，特别是对该属的多样性中心--横断山脉所居住的物种进行了调查。对172个报春花样品的81个转录组和124个叶绿体基因组进行了测序，分别代表76个和104个报春花物种。对这两个数据集 进行了多方法的系统发育推断、拓扑结构比较和异质性信号测量。我们应用多物种溯祖（MSC）模型来减少ILS的影响，检测了报春花祖先群体之间潜在的杂交和渐渗事件。. 研究结果表明，在核基因树和质体基因树之间确认了激烈的核-质体冲突。核基因树比质体树更符合形态学分类，这一点得到了各种测量的高度支持。尽管如此，核数据反映了报春花属的几个骨干分支的祖先之间明显发生了广泛的杂交现象。证据表明，报春花组的快速辐射可能是由于网状进化和基因组复制的共同作用。这些复杂的进化过程可能共同提高了报春花祖先群体的适应性，并在渐新世晚期或中新世早期气候变化的反复激烈波动中保存了东亚分支的多样性。