基于近似贝叶斯计算的西藏高山倭蛙进化模型研究

Tibetan frog (Nanorana parkeri) is endemic to Tibetan plateau and has a wide distribution in Xizang region, it is also the frog inhabiting the highest altitude in the world. So far, we don't know the genetic information of this species, such as genetic diversity, genetic structure and population evolutionary history. Approximate Bayesian computation (ABC) is a new method for population evolutionary history study. This method has many advantages, such as handling huge data and complex evolution models, therefore it has been applied in many biological fields. In these context, this project proposes to use ABC method to evaluate evolutionary models of Tibetan frog, which includes: (1) constructing a series of evolutionary models according to the scientific questions; (2) testing the evolutionary models, as well as estimating the population parameters and their relative bias under the optimal model, and consequently reconstructing precise evolutionary history of Tibetan frog; (3) exploring the effects of geological history of the plateau and recent anthropogenic factors on evolutionary history of Tibetan frog. This project will be of great sense to revealing the evolutionary history and to the conservation of Tibetan frog as well as other amphibians on Tibetan plateau.

高山倭蛙是青藏高原特有物种，广泛分布于我国西藏地区，是世界上分布海拔最高的蛙类。至今我们对高山倭蛙的遗传多样性、种群结构和种群进化历史等重要信息一无所知。近似贝叶斯计算（ABC）是研究种群进化历史的一种新方法，具有能处理大规模数据和复杂进化模型等优点，在国际上相关生物学领域得到了广泛应用。本项目提出用ABC方法研究高山倭蛙的种群进化历史，主要研究内容包括：（1）针对科学问题为西藏地区高山倭蛙构建一系列比较合理的进化模型；（2）通过ABC方法比较各模型的后验概率和评估各模型的质量，选出最佳进化模型并估算其种群参数值及偏倚，从而准确地重建出种群进化历史；（3）探讨高原地质历史和近期人为因素对高山倭蛙进化历史的影响。本项目对揭示高山倭蛙和青藏高原其它两栖类动物的进化历史以及对这些两栖类物种的保护具有重要意义。

本项目运用近似贝叶斯计算（ABC）方法对西藏地区高山倭蛙的群体分化和种群历史动态等进化历史问题进行了系统的研究。通过构建、比较和评估不同的进化模型，我们成功重建了高山倭蛙的进化历史，发现西南群体和中部群体在0.828 Mya于希夏邦马冰期（0.8-1.17 Mya）期间首先发生分化，而之后北部群体则在0.049 Mya于白玉冰期（0.01-0.07 Mya）期间从中部群体分化出来。每个群体在形成之后由于冰期作用都经历了种群数量下降和瓶颈效应，中部群体还受到了近期人为因素的影响而数量减少。此外，本项目还利用SDM、AMOVA、IBD、MSVAR等方法研究了高山倭蛙遗传多样性的空间分布模式以及种群数量和分布范围的时间动态变化。结合西藏地区历史上的气候（如冰期等）和地质（如山脉、河流、水系盆地等）数据，我们的研究揭示了第四记冰期作用是导致高山倭蛙在历史上发生群体分化的主要因素，同时，山脉、海拔差异、地理距离等地理因素也促进了高山倭蛙现今遗传多样性和种群分布模式的形成。本项目的研究结果有助于我们深入理解气候变化和复杂地理景观对山区两栖类动物的进化历史的影响，为高山倭蛙的保护提供了重要的理论基础和科学依据，也为青藏高原其它物种的类似研究提供了参考。同时，本项目所总结的ABC方法使用经验也将为其他使用者提供一定的帮助，有助于该方法在国内相关研究领域的普及。