基于大规模二代测序数据探讨蛙科系统发育

The tree of life, or the evolutionary relationships of different species, has fascinated by evolutionary biologists for decades. It is the basis of testing hypotheses involving macroevolutionary questions. Our project focuses on resolving the phylogenetic relationships within the Ranidae, a large anuran group of nearly cosmopolitan distribution. These frogs are widely used as model organisms in studies of behavior, development, genetics, physiology, ecology, evolution and many other disciplines. Although reconstruction of this phylogeny has progressed tremendously during the last decade, relationships among the genera remain largely unstable and many genera (or species groups) are not demonstrably monophyletic. The evolutionary history within this family is one of the greatest challenges in herpetological systematics. Our proposed study will use an unprecedented scale of data: 300–500 loci from each of 180 species representing all major lineages within the Ranidae, and three outgroup taxa. We will use anchored hybrid enrichment method to obtain nucleotide sequence data via next-generation DNA sequencing. By analyzing hundreds of loci, we will construct the best-resolved hypothesis of phylogenetic relationships to date, including the relationships among at least 23 genera and major lineages within each genus. Further, we will obtain a time-calibrated phylogeny and reconstructed ancestral range of the ranids. These results will identify the drivers of the group’s historical diversification and global biogeography, and provide implication for taxonomy.

重建自然界生物类群的进化关系，追溯其起源和进化历程是进化生物学领域十分重要的研究内容，并日益受到广泛的关注。本研究瞄准“生命之树”这一国际重要研究计划，选取了团队已有研究基础的蛙科（两栖类，无尾目）物种开展工作。有关蛙科物种类群的系统发育研究，前期在不同团队的努力下，已取得了阶段性进展，然而由于以往研究主要（1）基于有限的基因片段（2）受限于某地理区域，至今尚缺乏较为完整，可靠的系统进化树。基于此，本研究收集了分布于亚、欧、美、澳、非等各大洲，覆盖蛙科23个属，代表各属内主要种组或进化支系的180个蛙科物种和3个外群，采用基于基因探针杂交富集的高通量测序技术，通过批量获取代表物种的300-500个直系同源基因，构建蛙科系统进化树，主要解决23个属间、以及属内主要进化支系间的系统关系。在此基础上，探究蛙科物种的起源、演化历史，迁移路线及区域物种分化格局。为蛙科分类争议问题提供系统发育证据。

两栖动物在脊椎动物进化历史上占据重要地位，是一类代表从水生到陆地的过渡动物类群。构建两栖类的生命之树，重建重要类群的进化关系，追溯其起源和进化历程是分子系统学和进化生物学的重要研究内容和课题之一。无尾目中的蛙科是展开大尺度生物地理研究及物种多样性分化良好的材料。然而非常遗憾的是，目前仍缺乏一个较为全面、可靠的蛙科系统发育关系树。本项目利用150份样品145个物种（包含138个内群，7个外群）基于二代测序技术发展的探针杂交富集方法，旨在构建蛙科可靠的系统发育进化树，完成“两栖类生命之树”这一国际合作项目。在此基础上，我们对有争议的物种分类关系进行厘清，如东南亚的Huia属、广义水蛙属、湍蛙属等。并且基于330个核基因序列和多种构树方法，获得了蛙科21属和各主要支系间可靠的系统发育关系，通过重建蛙科物种的时空演化发现：蛙科大约在古新世晚期（~58Ma）起源于亚洲，随后经历多次独立扩散事件扩散至全球，扩散时间大致与各地区的地质事件相吻合。同时，通过对蛙科物种分化速率分析表明其物种分化与古气候温度的变化呈现正相关的关系（投稿中）。本研究涉及多个国际合作团队，优势互补，通过项目讨论、参加国际会议等形式，系统提升了我国学者在国际上的影响力。. 本项目按计划顺利执行，目前已发表3篇SCI论文（第一标注致谢1篇；第二标注2篇），此外还有1篇文章投稿中，此基金为第一标注。通过本项目，已培养多名青年骨干。