中国铜锈环棱螺谱系地理格局及其演化研究

Bellamya aeruginosa, a wildly distributed Chinese freshwater snail, represents an interesting model to study the mechanisms of evolutionary adaptation to environment change due to its primarily sessile lifestyle. Our phylogenetic analysis on the Bellamya, a species rich freshwater snail genus, widely distributed across Southeast Asia, India and Africa, revealed three marked monophyletic groups. Within the Chinese group, Bellamya species show little genetic differentiation. In contrast, we observed fairly deep divergence among the East African lakes with almost every lake possessing its own unique clade. Our study showed that the contrasting climatic and geological events likely contributed to the different evolutionary patterns of Bellamya in China and Africa. To clarify how climatic and geological events drive the diversification and phylogeographic structure of Bellamya, we further investigate the phylogeography of one wide spread snail specie in Yangzi River, Yellow River and Pearl River, to uncover the mode of population genetic differentiation pattern. This project is focused on: (1) the evolutionary history of phylogeography of B. aeruginosa; (2) the mode of population diversification in Yellow River, Yangtze River and Pearl River. The genetic patterns and evolution of phylogeography of the widely distributed freshwater snail have a significant theoretical and practical value to reveal the mechanism of population diversification and adaption to environment change, and trace the correlative history of the three drainage systems in China.

铜锈环棱螺是我国特有的淡水广布种螺类，因其移动能力较弱，是研究生物对环境变化响应机制的良好生物模型。申请者前期研究发现中国和非洲的环棱螺，可能因经历环境和气候变化的差异，其种群历史经历了不同的分化模式。为进一步研究水系变迁、地质历史和环境变化等因素如何影响淡水螺类的种群分化和谱系地理结构，探讨其谱系生物地理学过程，阐明其种群分化模式，本项目拟以黄河、长江和珠江水系的铜锈环棱螺为研究对象，采用高通量测序技术的SNP标记和多基因联合分析，运用种群遗传学、系统发育学和谱系生物地理学的原理及方法，结合地质事件、古气候变化和化石等历史资料，重点研究： (1) 铜锈环棱螺谱系地理格局的形成过程；(2) 比较我国三大水系中铜锈环棱螺的种群分化模式。本项目的研究成果将有助于阐明淡水螺类对环境变化的适应机制，并对验证我国三大水系相关发育历史的假设具有重要理论与实践意义。

铜锈环棱螺在我国分布广泛，特别是在三大水系中极为常见。作为一种经济螺类，近年来备受关注，特别是随着柳州螺蛳粉产业的不断发展，对环棱螺的需求与日俱增。然而，目前对我国环棱螺种质现状，种间关系及其现存生物多样性知之甚少。通过对铜锈环棱螺种质的系统研究，结果显示，铜锈环棱螺的遗传多样性较高，尽管过度捕捞导致部分地理群体的种质严重衰退，然而群体遗传多样性水平并未出现显著降低，这主要与环棱螺的的繁殖策略以及频繁的群体间基因流有关。通过少量的群体分析，三大水系中铜锈环棱螺有明显的遗传结构，但当群体覆盖到整个流域后，发现三大水系中的铜锈环棱螺群体遗传结构非常复杂。虽然它们形成了6个谱系，分化时间为早—中更新世，但没有形成明显的谱系地理结构，群体间高水平的基因流与我国新生代以来复杂的地质历史和水系变迁密切相关。通过比较中国和非洲环棱螺的物种分化模式，结果显示：中国环棱螺种间关系模糊（统称为环棱螺复合类群），而非洲环棱螺种间分化明显；中国的环棱螺复合类群与东南亚、印度和非洲的环棱螺各自形成了独立的遗传谱系，根据分子钟估算，中国支系与其它支系分化时间为距今约15.23-20.68百万年，结合化石证据以及中新世地质和湿润温暖气候条件推测，环棱螺可能从东南亚或中国进入印度，并通过阿拉伯半岛扩散到非洲；而随着青藏高原的快速隆升，伴随着冰期反复，导致印度与东南亚间热带雨林消退，以及横断山脉和云贵高原的形成，阻碍了环棱螺的扩散。中国环棱螺复合类群间频繁的基因导致基因渐渗而无法完成谱系分化，而非洲东部由于第四纪大干旱气候导致湖泊种群间长期的地理隔离而形成明显的谱系分化。因此，经历环境变化的差异是导致中国和非洲环棱螺产生不同分化模式的重要因素。通过深入了解铜锈环棱螺的种质资源现状，分子系统学和群体遗传结构，为我国环棱螺种质资源管理，开发以及育种提供基础理论和数据支撑。