基于多核基因标记的有尾目两栖动物系统发育基因组学研究

Salamanders (Caudata), one of three major groups of living amphibians, comprise more than 600 extant species, most commonly grouped into 67 genera and 10 families. Because salamanders are often used as model systems to assess fundamental issues of morphological, developmental and biogeographical evolution, robust phylogenetic hypotheses concerning relationships among these animals are basic necessities. However, there is a lack of consensus regarding the stem tree of life for living salamanders, mostly because of insufficient data. The bottleneck is the lack of nuclear markers that can work with amphibians. To this end, based on our recent studies on marker screening and development, we plan to develop 30-50 nuclear markers, highly universal across all amphibian species, for amphibian phylogenomic studies. These new developed markers will be applied to resolve three important but unresolved phylogenetic questions of salamanders: the family-level relationships among living salamanders, the interrelationships within the family Plethodontidae, and the interrelationships within the family Hynobiidae. This project will provide an universal nuclear marker toolkit for future molecular systematic works on amphibians, construct a reliable stem tree for living salamanders, and accelerate the completion of the Amphibia Tree of Life.

有尾目是两栖动物的三大类群之一，包含了10科67属600多个物种，常被用做模式生物来研究胚胎学、发育生物学、生理学、解剖学、遗传学、动物行为、动物地理上的问题，而关于有尾目中不同分类单元间、各物种间的可靠的系统发育关系则是关键的背景知识，在这些研究中起着重要的指导作用。然而，关于有尾目动物内部系统发育关系目前还没有得到全面的阐明，其主要瓶颈在于缺少适用于两栖动物、数量足够的核基因分子标记。针对这一问题，本研究基于实验室前期的工作基础，计划为两栖动物开发30-50个高度通用的核基因分子标记，使之成为两栖动物分子系统学通用的分析工具集；同时，我们还会将这些核基因标记在有尾两栖类中进行实际应用，利用系统发育基因组学分析方法解决有尾两栖动物的3个主要系统发育问题（科级间关系、无肺螈科内部关系、小鲵科内部关系）,基本完成有尾两栖动物生命树的主干构建工作，推进两栖动物整体生命之树计划的完成。

有尾目是两栖动物的三大类群之一，常被用做模式生物来研究胚胎学、发育生物学、生理学、解剖学、遗传学、动物行为、动物地理上的问题，而关于有尾目中不同分类单元间、各物种间的可靠的系统发育关系则是关键的背景知识，在这些研究中起着重要的指导作用。. 在本项目的支持下，我们成功开发了一套能在所有脊椎动物类群中广泛适用的核基因分子标记工具箱，并建立了一套基于Illumina HiSeq测序平台的PCR产物快速测序技术，可以同时测定大小不同、丰度不同、甚至有杂带的上万个PCR产物的全序列，而时间成本与经济成本还不到常规Sanger测序的1/10，为分子系统学研究提供了一种高效、经济的获得大量分子数据的方法（MER 2016）。基于这些新的研究方法，我们分别用30、27、50个新型核蛋白基因分子标记对有尾两栖动物的3 个主要系统发育问题（科级间关系、小鲵科内部关系、无肺螈科内部关系）进行了研究，得到如下结果：（1）完全解析了有尾目两栖动物现生10个科之间的系统关系，强烈支持隐鳃鲵亚目为基出类群，鳗螈科为次基出类群；（2）完全解析了小鲵科内的属间系统发育关系 (MPE 2014)；（3）基本解析了无肺螈科内的属间系统发育关系，发现无肺螈科起源于白垩纪末期（65 Ma），大大早于90 Ma的早期估算结果，并发现在时间估算中线粒体基因会结出系统性偏大的结果，使用核基因能得到更为可靠的结论 (Syst Biol 2016）。基本完成了有尾两栖动物主干生命树的构建工作，推进了两栖动物整体生命之树计划的完成。. 此外，在本项目的部分支持下，我们还（1）研究了使用大数据解析困难系统学问题的风险，提出了一种“问题特异性”的大数据分析策略，能有效的消除大数据分析中不同的数据集给出的结论自相矛盾的问题（Syst. Biol., 2015）；（2）构建了高精度的蛙类科级关系生命树（PNAS 2017）；（3）利用内含子标记研究了劳亚兽哺乳动物的目级关系，得出了翼手目与奇蹄目关系更近的新结果（GBE 2017）；（4）为鞘翅目昆虫开发了一套高通用性的核基因分子标记集（MER 2017）。本项目圆满完成了项目设定的各项目标并有较大的突破，共发表第一标注SCI论文4篇，第二标注SCI论文3篇，其中3篇论文的影响因子大于10。