从微进化角度理解生物多样性形成的内在驱动机制是保护遗传学的重要科学问题之一。其中，对目标物种的遗传结构及种群历史动态评估，及杂交带杂交适合度的分析是该学科研究的重难点。如何恰当的区分种群分化，乃至物种形成是核位点杂交还是环境选择的结果仍是该学科目前需要面对的挑战之一。近年来，随着基于一致性理论的基因流检测模型的兴起与发展，通过整合时间校正的系统发育关系、生态气候因素、形态数据及多种统计学手段来探讨物种形成的内在和外在机制，能更好地为生物多样性保护提供新的视角和思路。
中国科学院贝博网址生物研究所谢锋研究员带领的团队以青藏高原山地溪流中特有的西藏齿突蟾 (Scutiger boulengeri) 为模型，通过过去三年详实的野外调查，分子实验数据及文献资料等，解析了该蟾的线粒体及核基因遗传结构，基于一致性理论 (Coalescent theory) 下的近似贝叶斯模型 (DIYABC和Migration-N) 评估了基于核基因的种群历史动态，运用地理渐变 (Geographic cline) 分析杂交带分布位置，并整合该蟾分布区气候因子和头体长等信息利用多种统计学方法 (multiple matrix regression with randomization、partial Mantel tests 和Mantel tests) 进一步评估了该混乱群体结构的诱导因素。
结果显示：该物种种内遗传结构存在显著的核质不一致。从线粒体基因系统发育分析发现，该蟾种内共存在8个小支系分别被归入3个深度分化的遗传支系中，具有明显的地理结构 (图1A)；而核基因对其遗传结构分析揭示该蟾种内存在三个完全不同的群体结构，且群体间存在高频基因流，没有明显的地理结构 (图2A和2B)。基于一致性理论 (Coalescent theory) 的近似贝叶斯模型 (DIYABC和Migration-N) 分析，发现种内群体结构分化是由祖先群体经过地理隔离 (早更新世，约2.49 Ma) 后初步分化的2个群体的部分个体由于气候波动发生二次接触且杂交 (全新世，约0.59 Ma) 产生第3个群体后代，该历程伴随种群大小的变化 (图3A)。线粒体基因遗传分化指数 (FST) 与核基因FST的比值为2.3，未检测出偏雄性扩散。地理渐变 (Geographic cline) 分析显示该蟾在中国西南地区 (横断山附近) 建立了一个宽阔的杂交带 (渐变宽度277.63 km，图3B)，群体间具有明显的杂交渐渗，且不存在明显的生殖隔离，表明该杂交种可能具有较高的适合度。此外，该研究结果表明线粒体基因 (mtDNA) 表现为地理隔离 (Isolation by distance, IBD) (图4A)，而核基因 (nuDNA) 表现为环境隔离 (Isolation by environment, IBE) (图4B和4C)，对该线粒体-核基因分化不一致推测群体分化首先是由地理隔离引起的，然后由降雨介导的杂交产生了宽阔的杂交带，这导致了西藏齿突蟾核基因较混乱的地理结构。该研究揭示了西藏齿突蟾复杂的种群历史动态，由特定气候因素促进了该系统内的基因流动，最终导致了该物种特有的遗传模式。
图1. 基于线粒体DNA的时间校准系统发育树和采样点分布图 (原文Figure 1.)
图2. 地理分布区和遗传结构分析 (原文Figure 2.)
图3. 最佳种群历史动态模型和地理渐变分析 (原文Figure 6.)
图4. Mantel test分析 (原文Figure 7.)
本研究报道以“A wide hybrid zone mediated by precipitation contributed to confused geographical structure of Scutiger boulengeri”为题，在线发表在国际著名期刊Zoological Research。中国科学院贝博网址生物研究所博士生蔺秀琴为该论文第一作者，谢锋研究员为通讯作者。江建平研究员、杨伟钊研究员、首都师范大学史宗冈教授参与了研究。该研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究计划 (STEP, 2019QZKK05010503)、生态环境部生物多样性调查评估项目 (2019HJ2096001006) 和四川省科技厅基础条件平台建设 (2019JDPT0020) 及中国生物多样性观测网络 (Sino BON) 等项目资助。