运用比较转录组方法探究现生两栖动物的系统演化关系及其功能基因的进化

Accurately deciphering the origin of modern amphibians and the phylogenetic relationships among their three orders (Gymnophiona, Caudata, and Anura) is essential to understand the origin of tetrapods and the evolutionary history of all vertebrates. Nevertheless, how the three orders of modern amphibian are related is a hotly debated issue for the last half a century. We propose to resolve this issue using genomic data and a phylogenomic approach. Ten representative species will first be selected based on known phylogenetic relationships among modern amphibian species. We then will use the new next generation sequencing technology to sequence the transcriptomes of these species. Using phylogenomic methods, we will resolve the phylogenetic relationships among the three orders and determine the time of divergence. Furthermore,the origin of modern amphibians will be deduced and the evolution of important structure genes and their association with specific adaptations will be inferred. This project will not only fill a significant gap in our understanding of vertebrate evolution, but also establish a framework of genome evolution for amphibians. We will also explore new analytical methods and improve the use of massive sequence data in evolutionary studies.

准确地解析现生两栖动物的起源及其三个目(无尾目：蛙类、有尾目：蝾螈、无足目：蚓螈)的系统演化关系是研究四足动物起源乃至整个脊椎动物进化的重要基础。然而现生两栖类三个目之间的系统演化关系长期以来备受争议。为解决这个难题，本项目拟选取10个能代表现生两栖动物三个目重要分支的物种为研究对象，利用二代高通量测序技术进行转录组测序，得到尽可能多的编码基因，然后使用系统基因组学分析手段对两栖类起源及三个目之间的演化关系、分化时间进行研究。另外，通过比较这10个代表物种的转录组，尝试发现异同之处，推测功能基因的进化与各自独特的生活环境及肢体发育的关系。通过本项目，我们希望基于转录组数据构建一个两栖类基因组进化框架，为下一步在基因组水平上研究两栖类进化奠定基础。我们还希望探索新的系统基因组学研究方法，高效率的使用基因组海量数据进行系统发育分析，推动系统基因组学的发展。

两栖动物是脊椎动物从水生到陆生进化的最关键环节。准确地解析现生两栖动物的起源及其三个目(无尾目：蛙类、有尾目：蝾螈、无足目：蚓螈)的系统演化关系是研究四足动物起源乃至整个脊椎动物进化的重要基础。然而现生两栖类三个目之间的系统演化关系长期以来备受争议。为解决这个难题，本项目拟选取10个能代表现生两栖动物三个目重要分支的物种为研究对象，利用二代高通量测序技术进行转录组测序，得到尽可能多的编码基因，然后使用系统基因组学分析手段对两栖类起源及三个目之间的演化关系、分化时间进行研究。通过对数据进行筛选，最终使用了772个蛋白组成数据集，包含420730个氨基酸位点。由于数据集庞大，我们将其分成29个区进行系统发育构建。结果表明两栖类为单系起源（支持率为100），蛙类和蝾螈关系最近（Batrachia假说），多数单基因树不能拒绝Batrachia假说，因此种种迹象表明Batrachia假说是最被认可和支持的。分子钟推算蛙类和蝾螈祖先生活在大约2.9亿年前，这与化石记录相吻合。通过功能基因的研究，我们发现两栖类中和发育有关的基因经历了自然选择作用及快速进化，可能和两栖类的特殊的生长发育过程有关。本项目研究有助于对脊椎动物进化的认识，建立了两栖动物编码基因的进化框架，并探索了新的系统发育基因组学研究方法，为以后进化系统发育基因组学的研究提供了思路。