生物的适应性进化机制自达尔文时期就成为进化生物学的核心内容,而准确的物种间系统发育关系和分类地位是进行物种适应性进化研究的重要基础。翼手目(蝙蝠)作为哺乳动物中的第二大目,物种多样性极高,占据独特的夜空生态位。蝙蝠中存在广泛的形态趋同现象,尤其是与发声相关的形态,且各科种属见的系统发育关系尚不明确。回声定位系统作为大多数蝙蝠导航和觅食的重要表型特征,是蝙蝠适应性进化的关键,对回声定位这一重要表型的物种差异性研究有助于阐明蝙蝠声学进化的分子机制。蝙蝠的飞行过程消耗巨大能量,研究氧化磷酸化(OXPHOS)系统中的线粒体编码基因,能够揭示能量相关基因在蝙蝠进化过程中的适应性进化特征。菲律宾菊头蝠组(Rhinolophus philippinensis group)是菊头蝠属所有物种组中较为特殊的一个类群,该组物种与体型相似的其他菊头蝠相比,具有异于常规的、明显偏低的回声定位声波频率,可能存在特殊的进化过程。然而,菲律宾菊头蝠组内物种分类关系仍存在争议,物种间的系统发育关系尚不明确,并且对声波主频偏低这一特殊的生物学现象虽已有描述,但潜在的分子机制还未见报道。因此,菲律宾菊头蝠组蝙蝠是用于研究蝙蝠系统发育与适应性进化的理想类群。本论文以菲律宾菊头蝠组蝙蝠作为研究对象,基于多分子标记、线粒体基因组以及转录组数据,同时结合形态和声学数据,对该组物种进行分类界定,明确物种间的系统发育关系,并进一步揭示主频偏离常规的物种适应性进化过程中潜在的分子机制,研究结果可为蝙蝠表型差异性研究提供重要基础数据。论文主要内容与结果如下:基于多分子标记、线粒体基因组以及转录组数据开展的系统发育分析结果均显示菲律宾菊头蝠组蝙蝠呈多系排列。除菲律宾菊头蝠外,这一物种组中其他物种形成一个支持率极高的单系分支,将其命名为一个新的物种组——“大耳菊头蝠组”(Rhinolophus macrotis group),即将原始的菲律宾菊头蝠组提升为两个物种组——菲律宾菊头蝠组和大耳菊头蝠组。在大耳菊头蝠组中,除联合的线粒体基因树外,大耳菊头蝠复合体(macrotis complex)聚为一个分支,但不同于线粒体基因组的系统发育研究中,大耳菊头蝠复合体与贵州菊头蝠(R.rex)具有更近亲缘关系,转录组结果表明大耳菊头蝠复合体与贵州菊头蝠和马氏菊头蝠(R.marshalli)组成的分支呈并系排列。大耳菊头蝠复合体中的大耳菊头蝠(R.macrotis)在联合的线粒体基因树和联合的多位点树中均呈并系排列,但在联合的核基因树中是单系群。使用线粒体基因和核基因作为分子标记,包括4个线粒体基因(CO1、Cytb、ND2和16S rRNA)、4个常染色体内含子(THY、PRKC1、ACOX2和COPS7A)和1个Y连锁内含子(SMCY7),同时整合形态和声学数据,对9个分类群,共95个样本进行了物种分类地位界定和进化分析。系统发育、遗传和表型分化,以及物种界定的结果都支持将高鞍菊头蝠(R.paradoxolophus)属于贵州菊头蝠的一个亚种,R.cf.macrotis属于大耳菊头蝠的亚种,以及华南菊头蝠(R.huananus)和R.cf.siamensis是泰国菊头蝠(R.siamensis)的同物异名种。线粒体基因树和核基因树间存在明显不一致的拓扑关系,暗示菲律宾菊头蝠组物种进化过程中存在不完整谱系排列或古老的基因渗入事件。由于古气候波动,大耳菊头蝠组物种可能在更新世早期,大约2.57百万年前经历了一次快速辐射。物种的祖先范围重建结果表明菲律宾菊头蝠组和大耳菊头蝠组物种的共同祖先具有广泛的地理分布。对12个线粒体基因组序列,其中包括8个新测序个体,开展低频物种线粒体基因组的适应性进化特征检测分析。基于密码子模型和氨基酸替代的理化特征检验结果表明线粒体基因受到普遍存在的纯化选择作用。但在两个氨基酸位点处检测到正选择证据,这两个位点均由OXPHOS复合体I:NADH脱氢酶(ND5和ND6)基因编码。而复合体I中的另一个基因ND2则显示受到松弛的纯化选择作用。与其他低频物种相比,分布在热带地区的菲律宾菊头蝠中检测到正选择信号。这些结果表明,在菲律宾菊头蝠组和大耳菊头蝠组进化过程中,线粒体的蛋白编码基因受到自然选择作用,并表现出适应性进化特征。我们推测,自然选择驱动线粒体OXPHOS基因的进化,并可能对这两个物种组声波主频偏低这一特殊现象的形成起到一定的促进作用。对大耳菊头蝠组中5个物种的脑、肝脏和耳蜗组织进行转录组测序,同时结合亲缘关系较近的菲菊头蝠,使用比较转录组学的方法,在序列层面上对大耳菊头蝠组物种的特殊进化过程进行研究。选择压力分析的结果发现在大耳菊头蝠组物种中共发现7个与听觉相关的正选择基因(CRYM、FOXM1、MAP6、PYCARD、SLC35A2、WRB和SPRY2),并检测到1,274个物种特异的受选择位点。其中基因SPRY2在声波主频正常的奥氏菊头蝠中检测到正选择信号,且与听觉丧失和骨发育相关,在检测到的正选择位点处显示出与菲菊头蝠相同的氨基酸变化。意外的,在四个低频物种中,还发现了5个(ARRDC3、LZTFL1、RAB8A、IGFBPL1和TRNT1)与视觉相关的正选择基因。这些结果表明自然选择导致一些感官相关基因受到正选择。此外,我们发现大耳菊头蝠组物种中检测到的正选择基因显著富集在一些与代谢相关的GO条目中,如:催化活性、氧化还原酶活性、合成及分解代谢过程等。因此,听觉和视觉相关基因的正选择,以及正选择基因在代谢相关GO条目中的显著富集,都为大耳菊头蝠组中低频物种的遗传适应性提供了证据。综上,本文通过多分子标记解决了菲律宾菊头蝠组内的物种分类问题,阐明了物种间的系统发育关系,并提出了一个新的物种组分类——大耳菊头蝠组。利用能量代谢相关的线粒体基因组和多组织转录组数据对低频物种的适应性进化进行研究,从分子水平探讨自然选择在物种进化过程中的作用,有助于揭示物种复杂适应表型的内在遗传机制。本论文首次从分子层面揭示主频偏低物种的遗传基础,为我们研究蝙蝠的进化发育提供新视角,筛选出的重要基因和变异位点对今后蝙蝠适应性进化的研究具有重要意义,研究这些基因的功能和潜在的相关途径,如听觉相关的进化,将有助于更好得理解蝙蝠的表型进化,尤其是声波的进化。