多隐种与受限基因流：装饰虫Diopatra cuprea的遗传奥秘

为探究Diopatra cuprea隐种及基因流模式，研究人员分析其核基因组，发现 4 个隐种，对生物多样性研究意义重大。

　　在神秘的海洋世界里，有一种名为装饰虫（Diopatra cuprea）的小家伙，别看它个头不大，却在生态系统中扮演着重要角色。它居住在自己用残骸加固建造的羊皮纸管里，不仅为其他大型无脊椎动物提供了栖息之所，还能改变微生物群落，稳定沉积物，是海洋高盐度河口地区的 “生态工程师”。然而，曾经人们认为它广泛分布于从科德角到巴西的广大区域，但随着研究的深入，却发现这一 “广泛分布” 背后可能隐藏着复杂的奥秘。

早期研究表明，形态相似的Diopatra cuprea存在五种线粒体谱系，可这些线粒体谱系是否代表物种层面的差异并不明确。同时，由于形态特征的变异性或稳定性，以及原始物种描述的细节缺失，仅靠外观很难准确区分这些可能存在的不同物种。再加上Diopatra属的多种颜色重叠现象，使得确定Diopatra cuprea的物种界限变得更加困难。因此，为了揭开这些谜团，来自美国查尔斯顿学院、乔治梅森大学等机构的研究人员开展了一项关于Diopatra cuprea隐种形成、基因流模式和颜色变化的研究，相关成果发表在《Marine Biology》杂志上。

研究人员为了深入了解Diopatra cuprea的遗传结构和物种界限，采用了多种关键技术方法。首先是采样，他们从美国东海岸的 19 个地点采集了Diopatra cuprea样本，涵盖了从马萨诸塞州的达克斯伯里到佛罗里达州的圣特雷莎海滩的区域。接着进行 DNA 提取和 RADseq 文库制备，从样本中提取 DNA，并构建双酶切限制性位点相关 DNA 测序（ddRADSeq）文库。然后进行基因分型和数据分析，通过一系列生物信息学方法，对 3162 个单核苷酸多态性（SNPs）进行基因分型，并运用多种统计分析方法，如主成分分析（PCA）、判别分析主成分（DAPC）等，来评估遗传相似性和种群结构。

研究结果如下：

• 系统发育分析：通过对 43 个个体的线粒体 COI 基因和核 SNP 的最大似然系统发育分析发现，五个线粒体谱系分布在四个相对较深的核谱系中。线粒体谱系 A1、A2 和 D 在系统发育树上呈现出明显的分化，而来自大西洋中部的两个线粒体谱系（B 和 C）则显示出核背景的同质化，这表明在这些线粒体谱系产生后，可能发生了基因渗入和杂交。
• 遗传聚类分析：PCA 分析显示，233 个Diopatra cuprea个体的核基因型可分为四个地理上有差异的群体，分别是马萨诸塞州群体、大西洋中部群体、佛罗里达州南部群体和墨西哥湾群体。DAPC 分析和基于稀疏非负矩阵分解（sNMF）的混合遗传分析也得到了类似的结果，进一步支持了这四个遗传群体的存在。
• 遗传分化分析：分子方差分析（AMOVA）表明，遗传变异主要存在于生物地理区域之间和区域内的种群之间。大西洋中部地区的种群显示出随着地理距离增加，遗传分化也增加的趋势，即存在距离隔离（IBD）现象，这表明Diopatra cuprea的扩散受到限制。
• 颜色与遗传关系分析：对南卡罗来纳州 190 条装饰虫的颜色分析发现，金色是最常见的表型，但通过 PCA 分析表明，三种颜色表型（黑色、金色和橄榄色）之间没有明显的遗传分化。

研究结论和讨论部分指出，线粒体和核系统发育之间的一致性表明，Diopatra cuprea存在四个很少杂交的隐种，这些隐种在地理上被佛罗里达半岛、卡纳维拉尔角等地理屏障分隔开。Diopatra cuprea的生活史、幼虫生物学和河口栖息地特征导致其基因流受限，这也解释了为什么会出现距离隔离现象。同时，研究中发现的少数具有杂交信号的个体，暗示了跨地理屏障的罕见移植和杂交事件，这可能与人为因素如压载水的运输有关。此外，Diopatra cuprea的形态颜色与遗传之间没有明显关联，这与其他Diopatra物种的颜色多样性现象相符。综合来看，线粒体和核基因组中都存在深度分化的谱系，这强烈表明这四个谱系可能代表了具有物种水平差异的分类单元，研究人员认为有必要对这一物种复合体进行分类修订，目前也正在进一步研究遗传、形态和行为特征，以更准确地定义新物种。

这项研究不仅揭示了Diopatra cuprea的遗传多样性和物种界限，也为其他海洋生物的研究提供了重要参考，有助于我们更好地理解海洋生物的进化和生物多样性，对海洋生态系统的保护和管理具有重要意义。