昭觉林蛙系统地理结构与遗传多样性研究

Understanding how environment influenced the organisms is very important in both conceptual, theoretical study and applied, empirical research. Southwest China, because of its complex geological and climatic features, huge environmental differences between regions, and plenty of dispersal barriers, is a ideal place to perform this kind of study. Based on the environmental features in Southwest China, we bring up three questions to study: the influences of geological features to species; the influences of geological events and climate changes in geological periods and the mechanism behind; the contributions of environmental differences and dispersal barriers to population divergence. To answer these questions, we make three hypotheses and will test those hypotheses using Rana chaochiaoensis. Based on information from next generation sequencing and climate data and models, we will rebuild evolutionary history of R. chaochiaoensis to test these hypotheses. This study will find out how environment in Southwest China influenced R. chaochiaoensis, and then contributes to our understanding of how environment influence the organisms. Phylogeographic study can provide background information for species conservation. Anthropogenic global climate changes have greatly threatened biodiversity. Based on the genetic diversity pattern and forming process of R. chaochiaoensis, and combined evidences from future climate models, we can predict influence of global climate changes to R. chaochiaoensis. Furthermore, we can preliminary evaluate the threats of global climate changes to biodiversity in Southwest China.

研究环境对生物的影响具有重要的理论和实际意义。中国西南地区地质气候环境复杂，不同区域环境迥异，并存在多个潜在的生物迁移障碍，因此是进行这一研究的天然实验室。基于该区域的环境特征，本项目提出三个问题，即地理特征对物种进化历史的影响及机制；地质事件对物种进化历史的影响机制；不同区域环境差异和迁移障碍对生物的作用。针对这些问题，本项目提出相应的假设，并以广泛分布于该区域的昭觉林蛙为研究对象，利用二代测序技术，结合气候数据和模型，重建其进化历史，以此对三个假设进行检验。通过阐明环境对昭觉林蛙物种进化历史的影响，加深我们对环境对生物的影响这一重要问题的理解。利用系统地理学研究，还可以为物种遗传多样性保护提供理论基础。人类活动造成的全球气候变化对生物多样性造成了巨大的威胁。以昭觉林蛙遗传多样性分布格局和形成原因为基础，结合未来气候模型，预测气候变化对这一物种的影响，进而为该区域生物多样性保护提供帮助。

中国西南地区是我国生物多样性资源最为丰富的区域。其中横断山区和云南高原相邻，但地理环境存在很大差异。理解这一区域地理环境和气候变化对生物的影响，对于该区域生物多样性保护具有重要的意义。本项目以广泛分布于该区域的昭觉林蛙为研究对象，通过线粒体基因测序和简化基因组测序，重建了昭觉林蛙群体进化历史。以昭觉林蛙为研究对象，我们探讨了中国西南地区地理特征和气候变化对生物的影响。我们的研究结果表明，干热河谷是影响昭觉林蛙支系分化的最主要因素。通过总结其他类群研究结果，我们指出干热河谷可能对该区域生物有着普遍的影响。同时，昭觉林蛙支系分化模式受到地理特征的影响，横断山区和滇东南地区支系分化模式存在差异。群体结构分析显示对昭觉林蛙而言，横断山区和滇东南区域都有空岛（sky-islands）效应。基因流模型检验显示海拔比降水对昭觉林蛙群体结构有更主要的影响。群体历史动态分析表明横断山区群体在经历气候变化时，群体数目仍保持稳定。而低海拔地区群体则出现群体数目波动。这一结果表明横断山区较高的环境异质性缓冲了气候变化对物种的影响。同时我们预测了人类活动造成的全球气候变化对昭觉林蛙的影响，结果表明全球气候变化对昭觉林蛙有很大的威胁，其中相比横断山区，云南高原受到的影响更严重。横断山区具有极为丰富的生物多样性，我们的研究从微观角度指出，地理特征造成的更高的群体分化，以及环境异质性对气候变化的缓冲可能是横断山区形成丰富的生物多样性的原因之一。