角蟾亚科形态性状多样性及其演化研究

Understanding the diversity and evolution of morphological traits form an important basis of biological research. In particular, the relationship between traits evolution and species diversification is essential in understanding macroevolution. Application of new technologies and theories provides good opportunities to conduct such research. As an Asian endemic, species-rich amphibian group with wide distributions, the subfamily Megophryinae is an ideal candidate for investigating the evolution of morphological traits. Based on previous studies, the body size and skull characteristics are particularly variable in the subfamily Megophryinae, which may play an important role in forming the biodiversity pattern of this group. However, the evolutionary drivers of the morphological traits and the roles of these traits in the diversification processes are unclear. To answer this scientific question, this project proposes to utilize wide sampling of Megophryinae and use reduced-representation genome sequencing and Micro-CT scanning technology that will integrate morphology, phylogeny, ancestor character reconstruction and trait-dependent estimates of diversification analysis. The proposed project will 1) establish a database of skeletal characteristics of Megophryinae; 2) reconstruct the evolutionary history of the morphological traits of Megophryinae; 3) explore how body size and skull characteristics associate with the diversification of Megophryinae. In summary, these investigations will enhance our knowledge of how biodiversity is generated and maintained related to morphological traits.

形态性状多样性及其演化是研究生物学问题的基础，其中，探讨形态性状演化与物种分化之间的关系是目前宏进化领域的热点问题。新技术和理论的应用为开展此类研究提供了很好的机遇。作为中国南方和东南亚的特有优势两栖类群，角蟾亚科是研究形态性状演化与物种分化的良好对象。基于申请人等前期的工作发现，角蟾亚科成员的体型大小和头骨特征具有很高的分异度，可能作为关键性状影响了角蟾亚科的物种多样性分布格局。然而，这些形态性状是如何演化，以及对物种多样性分化的作用尚不清楚。基于此，本项目将以申请人大量的前期积累和已建立的广泛国际合作为基础，利用显微CT扫描和简化基因组测序技术，整合形态、系统发育、祖先性状重建和性状依赖的多样化评估分析，建立角蟾亚科的骨骼学特征数据库，重建角蟾亚科的性状演化历史，揭示体型大小和头骨特征变化对物种多样性分化的影响，为了解生物多样性的形成机制提供有意义的线索。

角蟾亚科蛙类因其分布范围广，形态性状分异性大，受到生物学研究的广泛关注。然而，关于角蟾亚科重要形态性状的差异、演化历史及其对物种分化的作用尚存在较多争论。为了解答以上问题，本项目基于打破国界限制的系统采样，采用了显微CT扫描和简化基因组测序技术，整合不同宏进化分析方法进行研究。主要结果如下：首先，解析了角蟾亚科的体型大小和骨骼形态多样性。角蟾亚科的体型大小分为3个等级，小体型物种占据了大多数比例。发现它们在头骨形状、耳柱骨大小等骨骼特征上存在明显差异。接着，基于270个核基因，我们构建了角蟾亚科稳健的系统发育关系，澄清了短腿蟾属处于角蟾亚科最基部，异角蟾属不是单系等高阶元进化争论。揭示了在角蟾亚科中存在一个新属，特定分布于喜马拉雅山和高黎贡山区域。我们的研究还提示角蟾亚科可能经历了适应性辐射。最后，研究发现角蟾亚科的头骨特征变化与其生态位分化相关。祖先性状重建的结果表明角蟾亚科的祖先体型最可能是大体型，而小体型的物种分化速率最高，提示小体型作为关键性状促进了角蟾亚科物种的分化。本研究成果对解析关键性状演化、生物多样性的分化机制和科学保护提供了有益参考。在本项目的支持下，已发表学术论文8篇，已培养副教授1名、研究生2名，顺利完成了本项目的要求。