《Molecular Phylogenetics and Evolution》：Phylogenomics of the woodland salamanders (
Plethodon): Reticulate evolution and indistinct species boundaries
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物种形成挑战与系统发育网络重建：基于木螳螂蜥蜴的锚定杂交富集数据揭示隐种与杂交现象的协同作用，特别是对glutinosus组的分类修订需求。
Brian P. Waldron | Maggie M. Hantak | Emily F. Watts | Josef C. Uyeda | Alan R. Lemmon | Emily Moriarty Lemmon | Robert P. Guralnick | David C. Blackburn | Shawn R. Kuchta
弗吉尼亚理工学院和州立大学生物科学系，美国弗吉尼亚州布莱克斯堡24061
摘要
快速物种形成、隐秘物种以及种间杂交给系统学家带来了严重的分析挑战，但这些过程对许多分类群的多样化至关重要。我们研究了林地蝾螈（Plethodon）的系统基因组历史，该属包含许多形态上难以区分的物种，其系统发育关系尚未明确。许多现代物种之间的杂交现象已被证实，但其对物种树拓扑结构的影响尚未通过基因组数据在系统发育框架中进行研究。利用来自所有57个已确认的Plethodon物种的194个样本的锚定杂交富集数据，我们通过聚类分析（DAPC）、杂交检测统计（HyDe）和物种网络（SNaQ）来估计物种关系。大多数主要支系的关系得到了很好的支持，但某些杂交事件在基于树的方法中表现出较低的支持度或不一致性。在许多物种中发现了隐秘的谱系地理结构，这突显了需要进行针对性物种界定研究的新谱系。然而，“glutinosus”组（包括一半的已描述物种）表现出广泛的杂交现象，且许多聚类分配与当前的分类学分类不一致。系统基因组网络分析表明，网状进化、物种级别的多系性和分类学过度分割共同导致了系统发育上的不一致性。我们的结果表明，杂交在Plethodon的历史中发挥了重要作用，特别是glutinosus组的物种分类学需要重新审视。
引言
重建系统发育关系是研究进化辐射的基础步骤。比较表型特征（Beaulieu等人，2012年）、重建生物地理历史（Matzke，2014年）或估计多样化速率（Title和Rabosky，2019年）都需要准确的物种多样性描述和明确的系统发育树（Blackburn等人，2019年）。隐秘物种由于同形性或保守的形态进化，其物种边界难以通过形态特征识别，是多样化的一个被低估但常见的结果（Camp和Wooten，2016年；Struck等人，2018年）。此外，地理分布上的特征变异或表型可塑性会进一步模糊物种边界（Fi?er等人，2018年；Struck等人，2018年；Ramm等人，2025年）。遗传和基因组数据极大地提高了我们检测隐秘谱系、重建进化关系以及描述与谱系形成相关的进化过程的能力。例如，由许多形态相似的物种组成的支系是非适应性辐射的典型例子（Rundell和Price，2009年；Czekanski-Moir和Rundell，2019年），或者是由于严格的进化限制而维持狭窄适应区域的例子（Estes和Arnold，2007年；Rolland等人，2023年），或者是沿着生理或生活史等形态上不可见轴的多样化例子（Lyons等人，2016年；Salazar等人，2019年）。
隐秘谱系的本质也可能掩盖物种间的杂交现象，这是系统发育不确定性的另一个来源（Chan等人，2017年）。虽然形态上不同的物种通常可以通过形态上介于两者之间的杂交种提供杂交模式的线索（Szymura和Barton，1991年；Harrison，1993年；Alexandrino等人，2005年），但对于隐秘谱系来说，这样的证据却缺失，因为它们可能由两个杂交的物种组成，但表现为单一物种（Kuchta等人，2022年）。如果不考虑杂交现象，杂交会导致种群错误地表现为不同的谱系，其估计的分化时间接近于亲本物种之间的分化时间（McDade，1990年；McDade，1992年；Chan等人，2020年；Dolinay等人，2021年；Kim等人，2022年；Pyron等人，2022年；Waldron等人，2025b）。因此，当一个支系中同时存在网状进化和隐秘物种多样性时，区分两者尤其具有挑战性。网状进化常被视为物种树估计的问题，而大多数系统发育方法假设物种分化是一个严格的分支模型，这可能会被基因流所误导（Leaché等人，2014年）。然而，网状进化不仅仅是系统发育估计的一个干扰因素；它也是许多物种的生物学现实（Mallet，2008年；Kuchta和Wake，2016年）。需要基因组采样和考虑网状进化的方法来区分杂交和谱系形成（Pierson等人，2024年）。
我们研究了林地蝾螈（Plethodon）的系统基因组历史，该属在进化辐射和隐秘多样性研究中一直备受关注（Highton，1995年；Wiens等人，2006年；Camp和Wooten，2016年）。Plethodon是形态停滞的经典例子，其物种形成速率超过了形态进化速率（Wake等人，1983年；Wake，1991年；Adams等人，2009年）。Plethodon中的物种形成主要源于分布范围的分割，由于缺乏肺功能导致的生理限制以及生态位保守性，在气候波动期间物种被保留在适宜的栖息地中，从而为异地分化创造了条件（Wiens，2004年；Grant等人，2018年；Kuchta等人，2024年）。这使得Plethodon——以及其他如Batrachoseps等蝾螈属——被认为是非适应性辐射的典型例子，在这些例子中，物种形成不是由破坏性选择或生态分化引起的，也没有伴随促进共存的生态差异的进化（Kozak等人，2006年；Rundell和Price，2009年；Wake，2017年；但参见Wooten等人，2013年）。值得注意的是，这些解释依赖于对物种多样性的适当量化，以相对于形态进化或环境变化的速率来描述多样化速率（Wiens等人，2006年；Adams等人，2009年；Kozak和Wiens，2010年），因此严格的系统推断至关重要。
Plethodon包含两个亚属：亚属Hightonia包括分布于北美洲西部的九个物种（即西部Plethodon），而更多样化的亚属Plethodon分布于北美洲东部，包含其余48个物种（即东部Plethodon；图1）（Vieites等人，2011年）。至少有26个东部物种属于隐秘物种对或复合体，许多其他物种仅通过颜色或形态测量学的微小差异即可区分（Petranka，1998年）。已确认物种的增多是由于在北美洲东部进行了广泛的地理采样，并结合了同工酶电泳技术来检测隐秘物种（Highton，1972年；Highton，2000年；Highton和Webster，1976年；Highton等人，1989年）。遗传采样通常涉及数十到数百个种群，每个种群通常包含20-30个个体；在Richard Highton博士的职业生涯中，他研究了超过70,000个Plethodon个体的同工酶变异（Kuchta，2019年）。因此，Plethodon已经被彻底研究，其同工酶变异的空间分布相对清晰。
然而，尽管有如此广泛的同工酶（和形态）多样性记录，Plethodon内的系统发育关系仍然存在争议：使用遗传距离阈值来划分glutinosus组的16个隐秘物种（Highton等人，1989年）一直是分类学家们争论的焦点（Frost和Hillis，1990年；Petranka，1998年；Wake和Schneider，1998年），而基于DNA序列的后续数据分析经常发现矛盾的关系（Wiens等人，2006年；Joyce等人，2019年；Pierson等人，2023年；Waldron等人，2025a）。虽然Plethodon中的几个主要支系在不同数据集中反复出现（Highton等人，2012年），但许多物种级别的关系（特别是在glutinosus组内）仍未解决，或者根据遗传采样的不同而具有互斥的拓扑结构（Fisher-Reid和Wiens，2011年）。这种不一致可能是由于从同工酶等位基因频率数据推断距离为基础的系统发育方法的局限性（尽管分析了许多接触区，例如Highton和Peabody，2000年），或者使用主要由线粒体DNA（mtDNA）组成的小DNA序列数据集，这些数据集通常无法解释杂交或不完全的谱系分化（Fisher-Reid和Wiens，2011年；Watts等人，2024年）。特别是对于Plethodon内部假设的快速分化，可能需要大量的核基因位点才能准确推断系统发育历史（Highton，1995年）。
在这项研究中，我们使用了每个物种多个样本的系统基因组数据来记录杂交现象及其如何影响系统推断，以及隐秘分化对系统推断的影响。通过这种方式，我们重新审视了一个被认为是由于生态位保守性导致的经典进化辐射的支系，该支系包含大量形态上难以区分的谱系（Kozak等人，2006年；Wiens等人，2006年；Rundell和Price，2009年；Kozak和Wiens，2010年；Losos和Mahler，2010年）。我们探讨了系统发育结果的替代解释可能如何深刻改变我们对多样化过程的看法。最后，我们指出了可以通过更密集的地理采样或更复杂的系统发育或人口统计模型来改进的部分系统发育树，以及那些预计仍存在争议但能说明物种形成过程的部分（Kuchta和Wake，2016年）。
部分摘录
分类单元采样和锚定杂交富集
Plethodon包括西部Plethodon（亚属Hightonia：9个物种）和更多样化的东部Plethodon（亚属Plethodon：48个物种）。在东部Plethodon中，通常认可三个主要物种群：cinereus组（10个物种）、wehrlei-websteri组（10个物种；也称为wehrlei-welleri组，但根据我们的结果使用更广泛的标签；图1）以及glutinosus组（28个物种）。主要支系和物种复合体包括...
系统基因组分析
Plethodon作为单系群得到了强有力的支持，与外群分类单元相比。物种树和基于个体的串联系统发育在大多数物种关系上是一致的，glutinosus组以外的节点得到了很好的支持（图2；补充图S8）。cinereus组和wehrlei-websteri组中的例外包括P. hubrichti以及P. angusticlavius和P. welleri的拓扑位置。
glutinosus组包括...
讨论
在这项研究中，我们使用基因组数据估计了林地蝾螈的系统发育历史，包括对多个个体的采样和对基因渗入的明确测试。我们试图改进该属的系统推断，并探索可能由隐秘物种形成、网状进化或两者共同作用导致的谱系形成。系统基因组数据成功解决了许多不一致的关系，以及标准方法中仍未解决的系统发育领域...
CRediT作者贡献声明
Brian P. Waldron：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法学，正式分析，数据管理，概念化。Maggie M. Hantak：撰写——审稿与编辑，可视化，方法学，正式分析，数据管理，概念化。Emily F. Watts：撰写——审稿与编辑，方法学，概念化。Josef C. Uyeda：撰写——审稿与编辑，方法学。Alan R. Lemmon：方法学。Emily Moriarty Lemmon：方法学。Robert P. Guralnick：撰写——审稿与...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢已故的Richard Highton（1927–2025年）免费且慷慨地提供了该项目使用的大部分遗传样本，他过去对Plethodon的广泛研究使我们的研究成为可能。无论最终确定什么样的分类学，他都是最初的引领者。我们感谢Bryan Carstens提供了P. idahoensis的样本，以及Sungsik Kong在HyDe使用方面提供的建议。我们还要感谢佛罗里达州立大学锚定中心的Michelle Kortyna...
