8种鹟莺属鸟类的系统基因组学研究

Incomplete lineage sorting (ILS) and gene flow are the two main causes to account for the gene tree discordance, which are hard to be discriminated from each other. The 8 bird species of Seicercus are a monophyletic group, although the divergence time of the root is about 5-6 million years, the phylogeny for this group is still not clear, different molecular markers often lead to different phylogenetic topologies. We predict that the observed gene tree discordance in the Seicercus group can also be explained by ILS and/or interspecific gene flow. However, the distribution of ILS and gene flow is heterogeneous across the genome, some genomic regions may be separately or jointly affected by ILS and/or gene flow, and further exhibit different phylogenetic topologies. Along with the accessible of genomic data, the sliding-window methods, which are able to cut and analyze the genome in small segments, are getting more attentions in recent years. Using population re-sequenced genomic data of the 8 closely related Seicercus bird species, and on the basis of sliding-window methods, this project aims to explore how ILS and/or gene flow would affect the phylogeny construction in different genomic regions, which would provide new insights for understanding speciation at the genomic level.

造成近期分化的物种基因树之间或基因树与物种树之间拓扑结构的不一致的原因主要为不完全的谱系分选和种间基因流，并且很难相互区别。鹟莺属的8种鸟类构成一个单系群，基部分化时间为5-6个百万年，但是其种间关系还不清晰，不同的分子片段会得到不同的系统发育树。推测不完全的谱系分选和种间基因流是造成这8个物种之间系统发育关系不清晰的潜在原因。但是不完全的谱系分选和基因流在基因组的分布是异质性的，某些基因组区域可能分别或共同地受基因流及不完全的谱系分选的影响，进而呈现出不同的系统发育关系。随着近年来基因组数据的易于获得，对基因组进行分段切割的滑动窗口的分析方法越来越受到重视。本研究拟使用群体基因组重测序的数据，以这8个近缘鸟类物种为研究体系，采用滑动窗口的研究方法，探究不完全的谱系分选和基因流在不同基因组区域对系统发育构建产生的影响，这对理解在基因组层面的物种形成和分化具有重要的理论意义。

种间基因流（gene flow），也叫种间基因渐渗（introgression），即通过跨物种的生殖行为（种间杂交）把一个物种的基因传导到另一个物种。早期的进化生物学家认为种间基因流是偶发的，因为这会影响生物学物种定义中的一个核心要素——生殖隔离。然而，近些年借助基因组数据的研究表明：种间基因流在自然界普遍存在，并且在塑造当前的生物多样性和生命之树的过程中扮演了不可或缺的作用。早期的系统发育重建通常基于单个或者几个基因片段，并把得到的系统发育树解释为真实的系统发育关系。然而实际上由于多种原因，基因树和物种树不一致是很普遍的现象。在近缘物种之间，基因树和物种树不一致通常是由于两种因素导致——不完全的谱系分选和/或种间基因流。增加数据量和改进计算方法（如采用溯祖等方法）能有效降低不完全的谱系分选的影响；然而，由于基因流反映的是网状进化关系而不是分支进化历史，因此很难有效地规避其影响。. 本项目以包含8种柳莺科（Phylloscopidae）鸟类的单系群为研究对象，采用群体基因组测序的数据，整合系统发育基因组学和群体基因组学的研究方法构建了这些物种的系统发育关系。研究结果发现由于发生在祖先种群之间基因流的影响，基于全基因组数据构建的物种树以及占基因组比例最大的“民主多数树（democratic majority tree）”未必能反映真实的物种树。该研究结果表明在对近缘物种之间的系统发育关系进行重建时，应该同时考虑分支进化和网状进化关系。. 在基因组学数据分析的时代，此项工作首次在脊椎动物的研究体系中揭示了构建生命之树时并非数据越多越好，而是应该选择合适的能反映真实演化历史的数据集，为基因组学时代下物种系统演化的研究提供了重要的理论支撑。