红腹锦鸡和白腹锦鸡的物种分化及生殖隔离机制研究

The process of speciation is a crucial aspect of evolutionary biology. Measuring the absolute strength of and isolation barrier is conceptually straight-forward but often theoretical demanding in speciation research. Following the recent development of next generation sequencing, population genomics and coalescent theory, the estimation to the amount of gene flow impeded by the reproductive barrier during speciation in non-model species and the genetic mechanism (searching hybrid incompatibility genes) have been considered as a future challenges in evolutionary biology. In this project, we will use a parapatric pheasant species pair: Golden pheasant (Chrysolophus pictus) and Lady Amherst's pheasant (C. amhersitiae) to examine the reproductive isolation barrier during speciation with gene-flow. We will 1) Use next generation sequencing technique (Restriction-site associated DNA tags sequencing, RAD-seq) to identify the SNP sites in genome, 2)Employ the bioinformatics analysis and coalescent analysis (Approximate Bayesian Computation) to estimate the interspecies gene flow during speciation process in two different contact zone, 3) evaluate the hybrid regression in captive population, differences of ecological factors, mating choice and plumage color to compare the importance of two kind of isolation barrier, the prezygotic barrier and postzygotic barrier to the speciation process 4) Search the potential hybrid incompatibility genes in the two Chrysolophus pheasant. Our study will reveal the tempo-spatial gene-flow during speciation process in a parapatric non-model species pair, and benefit the understanding the pattern and genetic mecahnism of the more important reproductive isolation berrier in birds.

物种形成（Speciation）是进化生物学的核心问题和研究热点，了解物种间的生殖隔离（Reproductive Isolation）机制及其遗传学基础是理解物种分化和新物种形成过程的关键。近年来高通量测序技术、种群遗传学统计、溯祖分析方法以及种群基因组学的快速发展，使在非模式生物中检测基因流与生殖隔离机制对物种分化的作用成为新的研究焦点。 本项目拟以邻域分布且具有自然杂交带两种锦鸡属鸟类为研究对象，利用新一代测序技术（RAD-seq），获得大量的基因组SNP标记位点，结合生物信息学方法、近似贝叶斯计算（ABC）等溯祖分析方法，查明红腹锦鸡和白腹锦鸡在物种分化过程中的基因流时空分布格局，并结合生态因子、求偶行为和羽色等特征，以及人工杂交实验评估合子前隔离与合子后隔离对于两种锦鸡物种形成的相对重要性，并筛选潜在的杂交不相容基因位点，探讨导致物种分化和维持生殖隔离

物种形成是进化生物学的核心问题，伴随基因流的物种形成由于基因流模式的多样性以及作用的争议性，自提出以来，一直是进化生物学研究的热点。性选择作为一种进化驱动力量，在物种形成的过程中发挥着巨大作用，特别是存在性二态的物种，性选择在其性二态的产生和维持上发挥着关键作用。但是目前，对于性选择在伴随基因流的物种形成过程中所发挥的作用还不清楚，特别是在鸟类中还未见相关研究。本研究的对象锦鸡属由一对姐妹种红腹锦鸡和白腹锦鸡组成，两种锦鸡都具有明显的性二态，现今邻域分布。为了确定锦鸡属是否有助于解决性选择在伴随基因流的物种形成中发挥的作用问题，我们需要对锦鸡属的物种分化历史进行重建。为此，我们首先利用比较基因组方法，开发了具有广泛适用性的一套核基因组蛋白编码位点分子标记，进而运用近似贝叶斯计算（ABC）与PSMC两种模拟种群动态历史的方法，基于基因组数据，对锦鸡属的物种分化历史进行了重建，ABC的结果表明，锦鸡属的物种形成模式符合隔离迁移模型，即在整个分化过程中存在着时断时续的基因流，分化时间约为220万年前。PSMC的结果直观地展示了两种锦鸡分化历史中有效种群数量随时间的波动情况，得出的分化时间约为200万年前，两种方法的结果互相验证和支持。本研究表明，锦鸡属的物种分化模式属于伴随基因流的物种形成，这也意味着具有明显性二态的红腹锦鸡和白腹锦鸡可以作为今后探究性选择在伴随基因流物种形成中发挥何种作用的理想研究对象。