中国沿海地区环颈鸻复合种的遗传渐渗模式研究

Genetic introgression, i.e. gene flow between discrete evolutionary lineages, is a pervasive factor in speciation, adaptation and other central aspects of evolutionary biology. While biologists have begun to map introgression in many species complexes, there is still insufficient knowledge about the mechanisms that promote the introgression of alleles from one lineage to another. In particular, there is controversy over the importance of natural selection versus neutral processes as the main driver of introgression. Three lineages within the Kentish Plover Complex (dealbatus, nihonensis and alexandrinus) are distributed along the east coast of China. Among them, the breeding range of alexandrine overlaps with dealbatus along the coast of Fujian, and with nihonensis along the east coast of Taiwan. Our previous work shows that alexandrinus exhibits strong phenotypic divergence with both dealbatus and nihonensis, but with limited genetic differentiation, suggesting potential gene flow among the three lineages. In the present project, we aim at using novel population genomic analytical techniques combined with genome-scale data to screen thousands of loci across hybrid zones of the Kentish Plover complex for introgression signal, and then assess the role of positive selection, negative selection and neutral processes in promoting introgression. This work will contribute significantly to our understanding of the mechanisms of introgression, and will therefore furnish novel insights into speciation and the maintenance of genetic variability.

遗传渐渗，即不同离散演化谱系之间的基因交流，是自然界中广泛存在的一种遗传机制，在物种形成、生物多样性保持、新性状引进以及演化适应等方面起着重要的作用。迄今为止，学术界对遗传渐渗的深层机制依然缺乏了解，尤其是对自然选择与中性过程在遗传渐渗发生机制中的作用方面还存在严重分歧。环颈鸻复合种在中国东部沿海地区分布有三个不同的类群，即环颈鸻、白脸鸻和中华环颈鸻，其中环颈鸻与白脸鸻和中华环颈鸻分别在福建沿海和台湾西海岸地区有生态位重叠。项目组的前期研究工作显示，环颈鸻与白脸鸻和中华环颈鸻之间在形态特征上区别明显，但在遗传特征上却高度相似，显示它们之间可能存在遗传物质的交流。本项研究旨在通过对杂交地带的环颈鸻复合种进行密集采样，运用新型群体遗传分析方法和大规模基因组数据，从这三个类群的基因库中进行遗传渐渗信号的筛选与鉴定，以阐明正选择、负选择和中性过程在遗传渐渗发生机制中的作用。

遗传渐渗作为一种在自然界中广泛存在的遗传机制，在物种形成、遗传多样性分化、新性状产生等方面起着重要作用。迄今为止，我们对遗传渐渗的形成机制及其在物种适应演化中的作用依然了解甚少。环颈鸻复合种在我国东部沿海地区分布有三个不同的类群，即环颈鸻、白脸鸻和中华环颈鸻，其中环颈鸻与白脸鸻和中华环颈鸻分别在福建沿海和台湾西海岸地区有生态位重叠。前期研究结果表明，虽然环颈鸻和白脸鸻在表型上分化明显，但基于线粒体序列和微卫星位点的分析结果却表明，这两个类群之间缺乏遗传分化的痕迹。因此，环颈鸻复合种提供了一个良好的模式系统来研究遗传渐渗在表型上分化而遗产高度相似物种类群之间的作用机制。有两种假说来解释这种情况：1）该复合种代表基因组分化有限但表型分化显著的渐变种群；2）该复合种代表处于物种分化界限边缘的新近分化物种，通过物种之间有限的基因交流来消除传统遗传标记中的遗传分化信号。为了验证上述假说，我们采用简化基因组测序方法对获采集自东亚和欧洲地区的98个环颈鸻复合种个体样本进行测序，获得8000多个SNP位点。结果显示，环颈鸻和白脸鸻之间存在着有限的基因交流，但在基因组水平上已分化明显，应看作两独立物种。这一研究结果也表明采用大规模基因组数据研究遗传渐渗的重要性以及传统遗传标记的局限性。我们的研究结果也表明，确定目标类群的近缘物种尤其直系姐妹类群的系统发育关系，对在基因组中的寻找和鉴定渐渗信号有着重要作用。今后的遗传渐渗研究，需要把对渐渗信号的筛选放在一个系统关系树的框架下开展分析和绘制，可以提高背景杂波的过滤，增强从复杂的基因组数据中对微量渐渗信号的发现和鉴定能力。