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Brightness of melanin-based plumage coloration is a cue to oxidative stress in Himalayan Black Bulbuls (Hypsipetes leucocephalus nigerrimus)
(2015-12-23) Hung, Hsin-Yi; Li, Shou-Hsien
Abstract Background Melanin-based coloration is often found to be associated with variations in physiological and behavioral traits that are essential in avian communication. However, the function of melanin-based traits to their bearers has been investigated less than that of carotenoid-based ones. It is commonly believed that expression of melanin-based pigmentation is genetically controlled. However, whether it could be modulated by physical condition has remained controversial. In this study, we demonstrate that the level of melanin-based plumage pigmentation could be negatively correlated with an individual’s oxidative stress level. Methods In this study, we used two groups of Black Bulbuls (Hypsipetes leucocephalus nigerrimus) obtained from a pet-shop in 2010 and 2011 to examine the correlation between the melanin-based plumage coloration and the ratio of lymphocytes to heterocytes, which is an indicator of the oxidative stress experienced by an individual. Results We found a negative correlation between oxidative stress levels and expression of melanin-based pigmentation on the breast and scapular feathers, but the correlation only appeared in the 2011 group, individuals of which had higher oxidative stress level and brighter plumage (i.e. more melanins) than those of the 2010 group. Conclusions Our data suggest that melanin-based plumage could reflect an individual’s physical condition in certain situations. Therefore, melanin-based plumage coloration could have a function in Himalayan Black Bulbuls’ communication.
Characterization of the transcriptome of an ecologically important avian species, the Vinous-throated Parrotbill Paradoxornis webbianus bulomachus (Paradoxornithidae; Aves)
(2012) Chu, Jui-Hua; Lin, Rong-Chien; Yeh, Chia-Fen; Hsu, Yu-Cheng; Li, Shou-Hsien
Ice age unfrozen: severe effect of the last interglacial, not glacial, climate change on East Asian avifauna
(2017-12-06) Dong, Feng; Hung, Chih-Ming; Li, Xin-Lei; Gao, Jian-Yun; Zhang, Qiang; Wu, Fei; Lei, Fu-Min; Li, Shou-Hsien; Yang, Xiao-Jun
Abstract Background The glacial-interglacial cycles in the Pleistocene caused repeated range expansion and contraction of species in several regions in the world. However, it remains uncertain whether such climate oscillations had similar impact on East Asian biota, despite its widely recognized importance in global biodiversity. Here we use both molecular and ecological niche profiles on 11 East Asian avian species with various elevational ranges to reveal their response to the late Pleistocene climate changes. Results The ecological niche models (ENM) consistently showed that these avian species might substantially contract their ranges to the south during the Last Interglacial period (LIG) and expanded their northern range margins through the Last Glacial Maximum (LGM), leading to the LGM ranges observed for all 11 species. Consistently, coalescent simulations based on 25–30 nuclear genes retrieved signatures of significant population growth through the last glacial period across all species studied. Climate statistics suggested that high climatic variability during the LIG and a relatively mild climate at the LGM potentially explained the historical population dynamics of these birds. Conclusions This is the first study based on multiple species and both lines of ecological niche profiles and genetic data to characterize the unique response of East Asian biota to late Pleistocene climate. The present study highlights regional differences in the evolutionary consequence of climate change during the last glacial cycle and implies that global warming might pose a great risk to species in this region given potentially higher climatic variation in the future analogous to that during the LIG.
Past hybridization between two East Asian long-tailed tits (Aegithalos bonvaloti and A. fuliginosus)
(2014) Wang, Wenjuan; Dai, Chuanyin; Alstrom, Per; Zhang, Chunlan; Qu, Yanhua; Li, Shou-Hsien; Yang, Xiaojun; Zhao, Na; Song, Gang; Lei, Fumin
以全基因組定序資料探討山紅頭的重複性海拔適應
(2020) 林宸韜; Lin, Chen-Tau
適應是一種因選汰壓力使得族群更適合環境的過程，期間往往伴隨著族群遺傳變異的改變。然而，適應演化的可預測性充滿爭議。本研究以山紅頭作為研究材料，探討適應的重複性；在這研究當中，我以基因差異指數FST為基礎的族群遺傳統計方法分析了來自台灣西部的集集與玉山塔塔加、東部的花蓮崇德與合歡山大禹嶺四個地點各十隻山紅頭的全基因體定序資料，共一千六百多萬個單核甘酸多態性（Single Nucleotide Polymorphism，簡稱SNP）位點，來尋找在高低海拔分布的山紅頭基因組中高度分化的區域。這些高分化的基因組區域可能包含造成山紅頭分別在東部與西部台灣海拔適應的基因，將有助於了解對生物如何產生重複性海拔適應（parallel altitudinal adaptation）。分析結果發現，東部與西部的山紅頭族群在各自高度分化的基因當中，共享了約3%的受選擇基因，顯示台灣的山紅頭在海拔適應上，具有基因層面的重複性不高。而在這些基因當中，含有與血管新生有關的基因，可以解釋的山紅頭海拔適應的部分生理機制。
寄生蟲與食物資源對台灣森鼠繁殖表現的影響
(2016) 游艾芸; Yu, Ai-Yun
根據生活史理論，在有限的資源下，自然選擇可優化(optimize)生物在生存與繁殖間的資源分配，而最大化(maximize)其子代數或子代品質(此即生活史權衡，life history trade-off)。一般認為，寄生蟲與食物資源皆會影響生物的能量分配與獲得，進而影響宿主的繁殖表現；同時，由於雌雄兩性往往有不同的生活史，在面對寄生蟲與食物資源的影響時，可能有不同的權衡方式。本研究檢測內寄生蟲與種子食物資源對台灣森鼠(Apodemus semotus)繁殖表現(子代數與子代品質)的影響。2013年我在雪霸國家公園內一處針闊混林進行野外操控實驗，包括有系統地挑選樣點給予種子添加，以及將所有捕捉之 A. semotus隨機分配給予移除內寄生蟲藥物Ivermectin或水(控制組)。接著我利用10個微衛星基因座進行親子鑑定，並用捕捉標放資料計算子代的平均體重(子代品質的指標)。結果顯示，內寄生蟲移除對A. semotus子代數沒有影響，而食物資源可提高個體子代數；同時，內寄生蟲與食物資源並不影響A. semotus子代品質。本研究顯示，相較於內寄生蟲，食物資源對A. semotus的繁殖表現更為重要。此結果有助於我們了解外在因子如何影響宿主生活史策略與族群動態。由於本研究所估算的子代數與子代品質相當接近A. semotus的適存度，而非前人研究常使用的短期或單次的繁殖表現，因此本研究可作為內寄生蟲對宿主適存度無負面影響的一個重要案例。
廣泛分佈的粉紅鸚嘴族群間共享及局域的天擇訊號
(2022) 李俊呈; Lee, Chun-Cheng
生物如何成功拓殖到嶄新生態環境是生物如何適應環境，以及生物多樣性形成機制的核心問題。然而，人們對於有助生物拓殖到新生態環境的特徵，以及其背後的遺傳基礎還未充分明瞭。廣泛分布於亞洲大陸的粉紅鸚嘴(Sinosuthora webbiana)是一種小型非遷徙性雀形目鳥類。鴉雀屬(Sinosuthora)鳥類主要侷限分布在東喜馬拉雅山區，但粉紅鸚嘴分布範圍橫跨北緯21.6至45.3度，比起其他鴉雀屬鳥類有更廣的分佈範圍，且跨越更多樣的氣候環境。利用基因組掃描的方法，我找到其中244個基因在南方族群(約北緯25度)和北方族群(約北緯42度)皆受到正向選擇的證據。我發現其中一些基因涉及代謝途徑(例如: FADS1和MOGAT2)和免疫相關(例如: MSN和LRIG2）的功能以及影響探索行為的改變(TRIM66和COL6A3 )與神經、腦下垂體發展(例如: TRIM66和CDKN1B )。同時，我也找到與體表成色相關和生殖系統相關的兩個基因組別可能藉由基因調控的方式幫助南方和北方族群適應當地物候環境。我的結果表明行為及生理性狀的改變，對於侷限分佈的鳥類譜系(lineage)能擴展其生態區位(ecological niche)，並擴張其分佈範圍至關重要。
探討台灣特有種台灣鉤嘴鹛近期適應的遺傳基礎
(2022) 傅雨辰; Fu, Yuchen
適應是指族群中的變異性狀受到選擇，因而提升生物生存概率和繁殖能力的過程。表型性狀變異的遺傳來源包括三種不同類型：新突變、既有變異、與漸滲。然而，它們在基因組中組成佔比如何，及對物種適應產生的相對貢獻仍然不為人知。本研究中，我以廣泛分佈于中國大陸南部、東南部、東部和海南島的棕頸鉤嘴鹛（Pomatorhinus ruficollis, Timaliidae, Aves）和它在台灣島的姐妹種，特有種台灣鉤嘴鹛（Pomatorhinus musicus）作為評估不同遺傳變異對近期適應相對貢獻的生物系統。為了評估台灣鉤嘴鹛的適應性遺傳變異的組成和來源，首先組裝了棕頸鉤嘴鹛高質量的染色體水平參考基因組。接著，我將台灣鉤嘴鹛基因組內遺傳變異分為三類：兩種鉤嘴鹛分化以來出現的新突變（5,431,390个SNPs，占總基因组SNPs的8. 87%），保持在台灣鉤嘴鹛內的既有變異（55,769,269个SNPs，占總基因组SNPs的91.04%），以及從棕頸鉤嘴鹛漸滲引入的變異（59,126个ABBA-BABA计数的SNPs，占總基因组SNPs的0.096%）。然後，我使用nSL test檢測台灣鉤嘴鹛支系中受到近期正向選擇的基因組區域。在受到正向選擇的基因組區域內，既有變異是台灣鉤嘴鹛近期適應的主要遺傳來源（642,823个SNPs，占既有變異總數的1.15%）。從棕頸鉤嘴鹛而來的漸滲基因占全部基因組的0.096%，漸滲基因中沒有顯著受到高比例的正向選擇（79個基因中有2個受到正向選擇）。儘管漸滲基因對台灣鉤嘴鹛基因組貢獻不大，但這些與生物基礎功能相關的基因可能仍對物種適應有重要作用。
新物種的誕生: 棕頭鴉雀（Sinosuthora webbiana）與灰喉鴉雀（Sinosuthora alphonsiana）的生態物種形成
(2024) 黃莉文; Huang, Li-Wun
既有遺傳變異對局域適應的重要性 - 探尋台灣粉紅鸚嘴對海拔適應的遺傳基礎
(2016) 賴郁婷; Lai, Yu-Ting
近期人類活動正快速地改變全球地貌及氣候型態，促使生物面臨新的選汰壓力。因此，瞭解生物如何因應快速的環境改變，不但是演化生物學的基本問題，也成為生物多樣性保育的重要議題。本研究以海拔適應做為檢測局域適應遺傳基礎的研究系統，並以近期與亞洲大陸族群分化（約四萬年前）且廣泛分布於台灣不同海拔的粉紅鸚嘴（Sinosuthora webbianus bulomachus）作為實驗物種。我先建立一隻雄性粉紅鸚嘴的基因組草圖，再自東西部高（> 2000公尺）與低（< 100公尺）海拔族群中，選取四十隻個體進行基因組重定序（平均定序深度約六倍），利用基因組掃描的方式找尋高低海拔族群局域適應的證據。我們發現107個可能與海拔適應相關的候選區域（candidate regions），且有79個基因落於這些候選區域中或附近，其中有九個基因與供氧階梯（oxygen cascade）、溫度調控（thermoregulation）及防止UV侵害（UV protection）相關。我們在這107個候選區域中，分別於台灣東西邊找到了199個及187個與海拔適應相關的SNP位點，且這些位點大部分與亞洲大陸族群共有（約91%）；此外，這些位點皆落於非編碼區。這些結果顯示，相對於編碼區改變而導致功能上的變化，調控區的改變對於局域適應可能佔有更重要的地位；而既有變異可能是海拔適應的過程中，供應有利遺傳變異的主要來源。本研究除了提供局域適應背後可能的遺傳機制外，也提供我們推測物種能否克服環境變遷的依據。
隱密種物種形成的基因組分析：灰胸竹雞(Bambusicola thoracica)的種化基因組學
(2024) 蔡承恩; Tsai, Cheng-En
物種的界定，是生物學界中最基本的議題之一。隨著遺傳分析技術的進步，我們可以容易地取得非模式生物的完整基因組序列，進而結合形態、生態棲位等資訊，以綜合性的方法找到過去未被辨識的物種，以正確評估生物多樣性。遺傳數據顯示動物界中許多生物擁有形態上難以辨識，但族群間經歷獨立演化的歷史，應被視為獨立的物種，這些物種可稱為隱密種(cryptic species)。隱密種在寄生蟲、線蟲類及節肢動物最具有代表性，也常見有脊椎動物的案例，但其形成機制仍然罕為深入探究。在此，我透過灰胸竹雞了解隱密種種化過程及可能機制，並找出物種形成(speciation)的候選基因(candidate genes)。過去發現在單型種的灰胸竹雞有分屬兩個不同演化支系的地理族群：以四川陝西為主的西部族群，以及由貴州、湖南和湖北以東的中東部族群。本研究使用全基因組重定序序列，得到灰胸竹雞西部族群、中東部族群以及作為外群的台灣竹雞完整族群基因組數據。分析結果顯示，西部族群與中東部族群已經分化40萬年之久，並且期間沒有基因流。以模型檢測在中東部族群與西部族群之間的物種界定，也顯示灰胸竹雞的東西部族群該分為兩個物種。而在兩個潛在隱密種之間基因組高度分化區域內，共找到19個粒線體功能相關基因，5個與聲音感知或鳴唱學習有關的基因，5個與營養代謝及生長相關的基因，2個與性腺發育及精子生成有關的基因以及2個和羽色有關的基因。除此之外，在性染色體(Z)上兩處長度大約2 Mb大片段區域顯著的高度分化，暗示性染色體在灰胸竹雞種化的重要性。本研究第一次描述雞型目中的隱密種，填補了對於生物多樣性描述上缺失的一塊，並且有助於對隱密種種化機制與過程的了解。
類胡蘿蔔素呈色及黑色素呈色的特徵在紅嘴黑鵯的研究
(2015) 洪心怡; Hung, Hsin-Yi
鳥類體表顏色多樣性極大，這些顏色大部分具有功能性，對於鳥類溝通非常重要。在各種體表顏色中，由類胡蘿蔔素呈色 (呈現黃、橘或紅色)以及黑色素呈色（黑、灰或棕色）的特徵是最普遍也最重要的特徵。這類特徵通常能傳遞個體的訊息，並且具有重要的功能，例如個體可據此選擇配偶或評估對手。傳統上，類胡蘿蔔素呈色的特徵，被普遍認為是個體選擇配偶的依據，而黑色素呈色的特徵，則被認為與社會互動有關。但是這種觀念已被質疑，因為隨著越來越多的鳥種被研究，發現這兩種特徵在不同種類，可能功能不同，顯示這兩種特徵在鳥類的演化機制，可能比目前所知的更為複雜。除此之外，大部分的相關研究都在探討這兩類特徵在性擇上扮演的角色，所以多是以兩性有明顯型態差異的物種為研究標的（這類物種通常可能受到較高的性擇壓力），較少以在兩性型態差異較小的物種為主題，而這些物種可能受到與兩性型態差異大的物種不同的選汰壓力。為了能更完整地了解顏色在鳥類溝通上的演化機制，需要研究這兩類特徵在兩性型態差異較小的物種上扮演的角色。本研究選擇紅嘴黑鵯 (Hypsipetes leucocephalus nigerrimus )為研究物種,他們具有類胡蘿蔔素呈色的喙部、跗蹠與黑色素呈色的羽毛，對人眼來說是雌雄單型性的鳥種。我的結果顯示，在鳥類視覺上，這兩類特徵在兩性間是有差異的。而類胡蘿蔔素呈色的喙部與黑色素呈色的胸部與肩部羽毛的顏色表現，也與個體的生理狀況（包括個體的免疫能力與受到的氧化壓力）有關。雌性偏好試驗的結果顯示，單獨類胡蘿蔔素呈色的部位，可能不是雌性黑鵯選擇配偶的依據。我的論文提出清楚的證據，顯示類胡蘿蔔素呈色以及黑色素呈色的特徵，都能顯示紅嘴黑鵯個體的生理狀況，因此對紅嘴黑鵯而言，這些特徵可能具有重要的功能。但是要知道這些特徵在這個物種真正的功能，還需要之後更詳細的研究。
高滲透壓環境下鳥類的腎臟大小和眼眶上鹽腺的趨同和相關性演化
(2023) 邱啟誠; Chiu, Chi-Cheng
雖然海洋為生物提供了廣闊的空間和豐富的資源，但由於海水高滲透壓的環境，對生物維持生理的恆定造成巨大壓力。以全球10,824種的鳥類為例，只有2.7%的鳥類能夠部分或完全使用高滲透壓的鹹水棲地。為了瞭解鳥類如何適應高鹽度環境的演化過程，我們整合鳥類25個目，總共230個物種的腎臟大小、功能性眼眶上鹽腺 (SSG) 和鹽度棲地使用類型。系統發育分析表明具有SSG、大腎臟和利用高鹽度棲地在鳥類中趨同演化。轉換率分析 (Transition rate analysis)表明，具有 SSG 和大腎臟的物種傾向於從低鹽度向高鹽度移動，而其他物種則向相反方向移動。然而，鹽度棲地使用也推動腎臟的演化。生活在高/低鹽度環境中的物種分別傾向於發育更大/更小的腎臟。我們的研究結果表明，SSG 和大腎臟可能是通過適應高鹽度和其他現有功能的共同選擇而演化的。總體而言，不同類型的棲地和生理機制相互作用，形成了鳥類對鹹水棲地環境的適應，我們的研究結果為鳥類的功能多樣性如何演化提供新的見解。