《Avian Research》:Phylogenomic insights into the taxonomy and evolutionary relationships of penduline tits (
Remiz spp.)
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为解决攀雀属(Remiz)因分布重叠和杂交导致的长期分类争议,研究人员利用全基因组重测序技术,结合系统发育、群体结构和主成分分析,构建了该属的进化框架。研究结果一致支持将攀雀属划分为4个单系物种,并揭示了欧亚攀雀(R. pendulinus)与黑头攀雀(R. macronyx)之间存在浅层遗传分化、近期分化(约8.7万年)及持续的基因流。该研究为理解该属鸟类独特的筑巢行为和婚配系统进化提供了坚实的系统发育基础。
在鸟类世界中,攀雀(Remiz)以其精湛的筑巢技艺和复杂的婚配系统而闻名。它们能编织出悬挂在细枝或芦苇间的精美封闭巢穴,其婚配策略更是从社会性单配制到连续一雄多雌制不等,甚至伴随着复杂的亲代抚育策略和频繁的弃巢行为。然而,这个迷人的类群在分类学上却一直迷雾重重。由于多个物种的繁殖区广泛重叠,且杂交现象普遍,攀雀属的物种边界和进化关系长期以来存在争议,这严重阻碍了对其独特行为进化的深入研究。
为了拨开这团迷雾,来自北京师范大学等机构的研究团队在《Avian Research》上发表了一项研究,他们利用全基因组测序技术,首次构建了攀雀属的高分辨率系统发育框架,为理解其物种形成和适应性进化提供了关键证据。
研究方法概览
研究人员首先对中华攀雀(R. consobrinus)进行了从头基因组测序和注释,构建了高质量的参考基因组。随后,他们对来自4个攀雀物种(中华攀雀、欧亚攀雀、白冠攀雀R. coronatus、黑头攀雀)的44个个体以及作为外群的非洲攀雀(Anthoscopus minutus)进行了全基因组重测序。通过一系列生物信息学分析,包括系统发育树构建(最大似然法、物种树)、群体结构分析(ADMIXTURE)、主成分分析(PCA)、基因流检测(D-statistics)以及基于fastsimcoal2的种群历史动态模拟,系统性地揭示了攀雀属的进化历史。
研究结果
1. 系统发育关系与物种界定
基于全基因组单核苷酸多态性(SNP)数据构建的系统发育树、物种树、群体结构分析和主成分分析结果高度一致,均清晰地识别出4个独立且得到良好支持的单系分支,分别对应中华攀雀、白冠攀雀、欧亚攀雀和黑头攀雀。这一结果有力地支持了将攀雀属划分为4个物种的分类方案。
2. 线粒体与核基因组的冲突
然而,基于线粒体基因组构建的系统发育树却呈现出不同的拓扑结构,未能将欧亚攀雀和黑头攀雀区分开来,两者混杂在同一分支中。这种线粒体与核基因组之间的不一致性,暗示了这两个物种之间可能存在复杂的进化历史,如不完全谱系分选或基因渗入。
3. 基因流与分化时间
为了探究欧亚攀雀和黑头攀雀之间的复杂关系,研究人员进行了深入的基因流分析和分化时间估算。结果显示,这两个物种在约8.7万年前才发生分化,是攀雀属中分化时间最近的物种对。更重要的是,种群历史动态模拟表明,这两个物种之间存在持续的基因流,且这种基因流是不对称的,从欧亚攀雀流向黑头攀雀的基因流(每代0.80个迁移个体)显著高于反向的基因流(每代0.31个迁移个体)。此外,混合分析(ADMIXTURE)也检测到部分黑头攀雀个体携带欧亚攀雀的遗传成分,进一步证实了基因渗入的存在。
4. 物种形成的时间框架
研究还揭示了攀雀属物种形成的完整时间框架。中华攀雀最早在约346万年前从其他物种的共同祖先中分离出来;随后,白冠攀雀在约18.8万年前从欧亚攀雀和黑头攀雀的共同祖先中分化出来;最后,欧亚攀雀和黑头攀雀在约8.7万年前发生分化。
结论与讨论
这项研究通过全基因组数据,为攀雀属的长期分类争议画上了句号,明确支持了4个物种的分类方案。尽管欧亚攀雀和黑头攀雀在遗传上分化较浅,且存在持续的基因流,但它们仍被视为独立的物种。这种“物种形成过程中存在基因流”的模式,在自然界中并不罕见,尤其是在近期分化的物种中。
研究人员认为,尽管存在基因交流,但欧亚攀雀和黑头攀雀能够维持物种边界,可能得益于它们不同的生态适应。欧亚攀雀主要栖息在混合植被环境中,巢穴多筑于树上;而黑头攀雀则特化于低洼的湖泊和河岸芦苇丛,巢穴多建在芦苇茎之间。这种生态位分化,以及由此产生的形态适应(如黑头攀雀体型更大、脚趾更强壮以适应芦苇环境),可能构成了重要的生殖隔离机制,使得它们在面对基因流时仍能保持各自的独特性。
这项研究不仅解决了攀雀属的分类学难题,更重要的是,它提供了一个坚实的进化框架,为未来深入研究攀雀属鸟类独特的筑巢行为、婚配系统以及生态适应性的进化机制奠定了坚实的基础。