《Science Bulletin》：Genomic evidence resolves diversification and fossil taxonomic ambiguities of endangered East Asian gazelles
编辑推荐：
摘要Procapra（东非羚羊）属是亚洲特有的一种羚羊属，共有三个现存物种，分别栖息于高原和草原地区。先前的形态学和有限的分子研究表明，第四纪时期青藏高原的隆升可能推动了该属内的物种分化。然而，由于缺乏全面的基因组数据，该属内的分化细节和系统发育结构仍未得到解决。在本研究中，
摘要
Procapra（东非羚羊）属是亚洲特有的一种羚羊属，共有三个现存物种，分别栖息于高原和草原地区。先前的形态学和有限的分子研究表明，第四纪时期青藏高原的隆升可能推动了该属内的物种分化。然而，由于缺乏全面的基因组数据，该属内的分化细节和系统发育结构仍未得到解决。在本研究中，我们对古代和现代Procapra个体进行了全基因组测序，以探索其进化历史和遗传多样性。我们的结果确定了两次主要的分化事件：第一次大约在50万年前，导致了西藏羚（Procapra picticaudata，Tib）的分化；第二次大约在12万年前，导致了蒙古羚（Procapra gutturosa，Mon）和普氏羚（Procapra przewalskii，Prz）的分离。我们还检测到物种分化后的基因流动，这使它们的系统发育关系变得复杂。这尤其体现在Prz和Mon之间的浅层分化与其当前的分类学分离之间的对比中。此外，人口统计学分析表明，种群收缩可能与气候变化和人类影响有关。另外，古代DNA分析表明，几个晚更新世中国东北标本，此前被归为Prz，实际上与Mon的亲缘关系更近。这些发现强调了在识别Procapra古代标本的身份和进化关系时，整合基因组数据的重要性，特别是在浅层分化和历史基因流动的背景下。
引言
物种多样化是由环境压力、地理隔离、遗传漂变和自然选择之间的复杂相互作用所塑造的[1]，[2]，[3]，[4]。在这些因素中，地理隔离通常由山脉或河流等物理屏障引起，起着关键作用，因为它限制了种群间的基因流动，从而促进遗传分化，并随着时间的推移推动生殖隔离[5]，[6]。青藏高原的隆升是一个始于晚始新世（53.0–36.5百万年前，Ma）的过程[7]，[8]，代表了构造活动如何驱动物种分化的一个深刻例子。这次隆升创造了重要的地理屏障，隔离了种群，阻碍了基因流动并促进了物种分化[9]，[10]，[11]，[12]，[13]。此外，随着高原的上升，它改变了当地气候，进一步影响了生物多样性[5]，[14]，[15]。通过改变季风模式和水分循环，隆升导致高原东部和南部边缘的气候变得更冷、更干[9]，[10]，[11]。这反过来又创造了严酷的高海拔条件，其特征是低氧水平、强太阳辐射和低温，推动了能够生存于这些极端环境的动植物独特适应[16]，[17]。更新世的冰川作用进一步放大了这些效应，因为周期性的冰期和间冰期加剧了高海拔地区物种的隔离和环境压力[18]，[19]，[20]，[21]。这种由构造隆升造成的地理隔离与更新世期间的气候波动相结合，在推动物种分化中发挥了基本作用，说明了构造和气候因素如何共同促进这种多样化生态系统中的生物多样性[12]，[13]。
在更广泛的由地理和气候因素塑造的多样化框架内，Procapra——一种亚洲特有的羚羊属，通常被称为东非羚羊，提供了一个引人注目的案例研究[22]，[23]。羚羊化石证据表明，Procapra起源于中新世晚期或上新世早期的中亚[22]，[23]。历史上，Procapra化石通常被归类为Gazella przewalskii，这个名称最初由普热瓦尔斯基在1875年根据在内蒙收集的标本建立。然而，分类法后来在1949年得到了澄清，正式将来自鄂尔多斯（位于中国内蒙西部）的模式标本重新命名为'Procapra przewalskii'[22]。Procapra曾经广泛分布于中国北部、青藏高原以及蒙古和俄罗斯的部分地区，包括三个现存物种：西藏羚（Procapra picticaudata，Tib）、蒙古羚（Procapra gutturosa，Mon）和普氏羚（Procapra przewalskii，Prz）。如今，Tib分布于青藏高原的高海拔草原。而Mon栖息于蒙古和中国北方的草原[24]，Prz占据了一个有限的范围，主要在青海湖周围[25]（图1a）。
由于栖息地丧失和人类侵占的威胁，Tib和Prz都受到保护关注，前者被国际自然保护联盟（IUCN）分类为近危（NT），后者被分类为濒危（EN）[26]，[27]，[28]，[29]，[30]。尽管具有重要保护意义，但这些物种的研究主要集中在形态特征上[22]，[31]，基于短的线粒体序列和微卫星标记的分子研究相对较少[32]，[33]，[34]，[35]，[36]。在种间关系方面，化石标本的碎片化性质和缺乏诊断特征也挑战了三种Procapra物种的准确识别。先前的分子研究表明，Mon和Tib内部都存在着相对较高的遗传多样性和不同的地理群体[32]，[33]，[34]。然而，这些研究仅基于短的线粒体片段，缺乏对整个属的全面分析，因此无法准确估计Procapra内部的进化分化时间。
现存活体的基因组数据可以揭示遗传分化和适应，为理解多样化提供重要见解，并为制定有效保护策略提供信息[37]，[38]。同时，古代DNA（aDNA）研究通过提供历史栖息地中生物遗骸的实时遗传成分来加强现存种群研究，因此能够揭示近期的损失。此外，aDNA补充了传统的基于形态的化石分析，能够更精确地识别和分类碎片化石标本。因此，整合古代和现代个体的基因组数据为推进进化和保护研究提供了一个强大的框架[39]，[40]。
在本研究中，我们对现代和古代Procapra标本进行了全基因组测序，以研究它们的进化历史、系统发育关系和种群动态。我们的基因组分析确定了该属内的关键分化事件，提供了更准确的分化时间线。结合古气候、构造运动和化石记录进行解释，我们的结果表明Procapra的进化可能受到多种自然和人为因素的影响。
章节摘录
采样
总共在中国东北的黑龙江收集了8个古代标本（在线图S1）。现存的Tib（n=2，Tib1–2）和Mon（n=8，Mon1–8）标本由中国科学院高原生物研究所（中国西宁）和东北林业大学（中国哈尔滨）提供，现存的Prz标本（n=1，Prz1）由中国科学院动物研究所（中国北京）提供。
古代标本的放射性碳定年
我们对一个古代骨骼进行了放射性碳定年。
Procapra属的核基因组和线粒体系统发育
我们新生成了15个线粒体基因组（11个现代和4个古代）和9个核基因组（8个现代和1个古代），来自Procapra标本（图1a和在线表S1）。古代个体CADG1081，我们获得了其核数据，年代测定为38,570–36,688 cal BP（在线图S2）。详细的比对统计信息见表S2和S3（在线）。结合已发表的Procapra基因组数据（在线表S4），我们使用核基因组和
Procapra内分化的时间和潜在驱动因素
尽管先前的基因组数据支持Procapra属大约起源于8.08百万年前的假说，在中新世晚期（23.0–5.33百万年前）[37]，但该属内分化事件的时间仍未得到充分解决。在本研究中，核基因组分析表明Procapra内存在两个主要分化事件，大约在50万年前和12万年前，而线粒体基因组分析得出的估计值较老和略年轻，分别约为88万年前和91千年前，
致谢
本工作得到了国家自然科学基金的支持（42572005，42472008，42172027）。我们感谢陈曦博士（南京师范大学）、张贝博士（中国历史博物馆）和陈树刚博士（中国科学院青藏高原研究所）在早期古代样本调查中的帮助。
作者贡献
舒冠良、蒋志刚、Michael V. Westbury和赖学龙监督了这项研究。萧波、舒冠良、蒋志刚，
萧波|郑明明|陈晓成|刘冰万|胡嘉明|宋诗雯|陶华林|王司仁|Mardan A. Turghan|Michael V. Westbury|袁俊霞|赖学龙|蒋志刚|舒冠良
