青藏高原湖泊钩虾的适应性辐射

The uplift of the Tibetan Plateau and the Pleistocene climate cycles is assumed to have triggered organism diversification. The crustacean gammarids are widespread in Tibetan lakes, which are adapted to high-elevation and low temperature of water. In this project, we are going to collect specimens from the Tibetan Plateau and adjacent areas, and investigate the gammarid adaptive radiation based on morphology, genome-wide dataset and bioinformatics. We aim at (1) exploring the phylogenetic affinities and colonization histories of gammarids across the Tibetan Plateau, (2) determining whether dates of lineage splitting coincide with glacial cycles on the basis of coalescent theory, (3) characterizing the species composition and distribution pattern based on phylogenetic framework and morphological examination, (4) uncovering the genetic mechanism between the adaptive radiation and Tibetan extreme environment conditions by genomic analyses. This project seeks to understand how Tibetan uplift and associated climate changes influence the radiation of species and, in turn how animals adapt to ecological changes.

青藏高原是地球上海拔最高、湖泊数量最多、面积最大的高原湖群区，多样的湖泊类型和特殊的地理位置，决定了青藏高原是研究生物演化与极端环境相互作用的理想地区。 本项申请以青藏高原湖泊广泛分布的甲壳动物钩虾为研究对象，结合形态学、基因组学及生物信息学方法，探讨湖泊钩虾在青藏高原的适应性辐射。研究目标包括（1）基于基因组数据构建系统发育关系，推测钩虾进入青藏高原的时间和路径；（2）基于溯祖理论分析钩虾在青藏高原湖泊中辐射的过程，揭示冰期气候旋回对钩虾多样性分化的影响；（3）基于分子系统学研究结果，结合形态学特征，阐明青藏高原钩虾的物种组成及分布格局；（4）挖掘基因组数据，探索钩虾适应青藏高原极端环境（高海拔、高盐、低水温）的遗传机制。研究结果将揭示青藏高原湖泊水生生物的分布规律及其对湖泊环境变化过程的响应，为进一步研究生物对高海波、低温等极端环境的适应、全球气候变化等重大科学问题提供科学依据。

青藏高原湖泊众多，栖息着丰富的冷水适应性钩虾。本申请项目拟通过探讨青藏高原湖泊钩虾的适应性辐射，解析青藏高原物种多样性的起源与演化路径，探明湖泊钩虾适应青藏高原极端环境而快速辐射的遗传机制。研究成果包括：（1）开展青藏高原及其周边地区湖泊采集，新增510个采集点，新增钩虾标本1500余号；发现新种16个，雌性新描述1个，并对青藏高原、天山和中亚地区的钩虾进行了系统研究给出了这些地区的分布图和检索表。（2）构建了青藏高原及其周边地区湖泊钩虾的系统发育关系，发现青藏高原湖泊钩虾从天山拓殖而来，具有明显的遗传结构，分为藏东南支系、喜马拉雅支系和藏北支系，揭示上新世/更新世青藏高原湖泊的大量形成为钩虾适应性辐射提供生态机遇。（3）抚仙湖等高原湖泊钩虾祖先分布在北太平洋海洋中，由于渐新世全球气候变冷海平面下降而转移到淡水生境中，在10百万年前扩散至云南高原湖泊中，并在湖泊中发生辐射演化形成特有属种。（4）对甲壳动物等水生动物的化石、系统发育关系及现生分布资料，发现1500万年前特提斯海闭合导致地中海和印度-西太平洋动物的隔离分化，板块运动和特提斯海闭合极大地扩大了印度-西太平洋区的浅海生境，为浅海动物多样性分化提供生态机遇，促进印度-西太平洋区成为动物多样性热点地区。（5）分析了采自248个地点的雾灵钩虾的生物地理历史、多样性分化速率和生态位分布，探索长白山对淡水钩虾多样性演化的影响，发现雾灵钩虾28个百万年前起源于长白山，与长白山在渐新世晚期的初次火山活动时间相吻合，各支系的多样性分化与长白山在中新世的剧烈隆升以及日本海的打开事件相关，长白山火山活动是东北亚钩虾多样性分化的物种泵，多次向周边地区输送物种。依托本项目发表论文13篇，包括发表在Biological Reviews、Molecular Ecology、Journal of Biogeography等SCI源刊文章11篇，其他论文2篇。.本项目基本厘清青藏高原及其周边地区钩虾物种多样性起源演化路径，为资源保护提供关键数据，为预测当今气候环境变迁对生物多样性的影响提供科学依据。